JP2001517866A - Technology for manufacturing and mounting multi-wavelength semiconductor laser array devices (chips) and their application in system architecture - Google Patents

Technology for manufacturing and mounting multi-wavelength semiconductor laser array devices (chips) and their application in system architecture

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JP2001517866A
JP2001517866A JP2000513174A JP2000513174A JP2001517866A JP 2001517866 A JP2001517866 A JP 2001517866A JP 2000513174 A JP2000513174 A JP 2000513174A JP 2000513174 A JP2000513174 A JP 2000513174A JP 2001517866 A JP2001517866 A JP 2001517866A
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grating
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モハマド エイ. マゼド,
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クアンタム デバイシーズ, インコーポレイテッド
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    • H01S5/1206Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers having a non constant or multiplicity of periods
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    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/4087Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength

Abstract

(57)【要約】 急激な四分の一波長シフト(または徐々に変化するより微細な位相シフト)を伴ってまたは伴わずに、ウエハ/基板上に同時に単一または多数のサブミクロンピッチの直線グレーティングおよびカーブグレーティングを作製するために用いることができる位相マスクである。この位相マスクは、石英基板上の市販で入手可能なπ位相シフト材料上への直線およびカーブグレーティングの必要とされるサブミクロンピッチの2倍のピッチでの直接書き込み電子またはイオンビームリソグラフィと、π位相シフト材料のウェットまたはドライエッチングとを用いて作製される。この位相マスクは、多波長レーザダイオードチップの作製に関して用いることができる。レーザダイオードは、リッジの両側に金属ショルダを有するリッジ構造を有する。異なる波長のレーザを有するレーザダイオードチップは、高い信号対雑音比および低クロストークを可能にする新規なマイクロ波基板にボンディングされ、インタフェースされる。この基板は、WDMの応用の場合、低損失の起伏のあるハウジングに実装される。   (57) [Summary] Fabricate single or multiple sub-micron pitch linear and curve gratings on wafers / substrates simultaneously, with or without a sharp quarter-wave shift (or gradually changing finer phase shift) A phase mask that can be used to perform This phase mask uses direct writing electron or ion beam lithography at twice the required submicron pitch of linear and curve gratings on commercially available π phase shift material on a quartz substrate, and π It is manufactured using wet or dry etching of a phase shift material. This phase mask can be used for making multi-wavelength laser diode chips. The laser diode has a ridge structure having metal shoulders on both sides of the ridge. Laser diode chips with lasers of different wavelengths are bonded and interfaced to a novel microwave substrate that allows for high signal-to-noise ratio and low crosstalk. This substrate is mounted in a low loss undulating housing for WDM applications.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (関連技術の相互参照) 本願は、以下の米国仮出願の優先権を主張し、本明細書において、以下の米国
仮出願の開示全体を、あらゆる目的のために参考として援用する。
[0001] This application claims priority to the following US provisional application, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference for all purposes:

【0002】 「TECHNIQUES FOR FABRICATING AND PAC
KAGING MULTI−WAVELENGTH SEMICONDUCTO
R LASER ARRAY DEVICES (CHIPS) AND TH
EIR APPLICATIONS IN SYSTEM ARCHITECT
URES」と題された、1997年9月22日出願の、Mohammad A.
Mazedの出願番号第60/059,446号(Attorney Dock
et No.18579−1)、および 「TECHNIQUES FOR FABRICATING AND PAC
KAGING MULTI−WAVELENGTH SEMICONDUCTO
R LASER ARRAY DEVICES (CHIPS) AND TH
EIR APPLICATIONS IN SYSTEM ARCHITECT
URES」と題された、1997年10月28日出願の、Mohammad A
.Mazedの出願番号第60/063,560号(Attorney Doc
ket No.18579−1−1)。
“TECHNIQUES FOR FABRICATING AND PAC
KAGING MULTI-WAVELENGTH SEMICONDUCTO
R LASER ARRAY DEVICES (CHIPS) AND TH
EIR APPLICATIONS IN SYSTEM ARCHITECT
Uhams, Mohammad A. U.S.A.
Mazed Application No. 60 / 059,446 (Attorney Dock)
et No. 18579-1), and "TECHNIQUES FOR FABRICATING AND PAC"
KAGING MULTI-WAVELENGTH SEMICONDUCTO
R LASER ARRAY DEVICES (CHIPS) AND TH
EIR APPLICATIONS IN SYSTEM ARCHITECT
Mohammad A, filed October 28, 1997, entitled "URES"
. No. 60 / 063,560 of Mazed (Attorney Doc)
ket No. 18579-1-1).

【0003】 (発明の背景) 本願は概して、光通信に関し、具体的には、多波長分布帰還型(DFB)半導
体レーザ(レーザダイオード)アレイを製造および実装する技術に関する。本明
細書で引用されるすべての特許文献およびその他の刊行物の全体を、本明細書に
おいて、あらゆる目的のために参考として援用する。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0003] This application relates generally to optical communications, and more particularly, to techniques for manufacturing and packaging multi-wavelength distributed feedback (DFB) semiconductor laser (laser diode) arrays. All patent documents and other publications cited herein are hereby incorporated by reference for all purposes.

【0004】 通信(電話および計算)技術の急速な進歩により、世界中の至る所で、人々が
音声、ビデオ、およびデータを介してつながる方法が根本的に変化している。こ
れらの技術は、応用で大きく変わり得るが、すべての技術は共通の要求を共有し
ている。即ち、10Mbit/secから100Gbit/secおよびそれを
越えるますます速い速度およびますます多くのバンド幅への絶えず増大している
要求である。バンド幅増加の要求は、無線伝送網およびファイバオプティック伝
送網の両方において等しく切実である。
[0004] The rapid advances in communication (telephone and computing) technology have fundamentally changed the way people connect through voice, video, and data throughout the world. These technologies can vary greatly in application, but all technologies share common requirements. That is, an ever-increasing demand for 10 Mbit / sec to 100 Gbit / sec and more and faster speeds and more and more bandwidth. The need for increased bandwidth is equally pressing in both wireless and fiber optic networks.

【0005】 無線技術は、配線を全く使用せずに通信する自由を与えるが、無線技術は、現
在のところ、低バンド幅の応用から中バンド幅の応用だけに制限され得る。高バ
ンド幅の応用(10Gbit/sを越える)の場合、現時点では、有線ファイバ
オプティック技術が、唯一のコスト効率のよい解決策であるように思われる。1
00年を越える期間にわたって、標準の銅ケーブルが遠隔通信に用いられてきた
が、ファイバオプティック(円筒形のガラス導管)は、音声、ビデオ、およびデ
ータを、標準の銅ケーブルの100倍の速さで伝送することができる。残念なこ
とに、今現在、光−電子およびその逆の変換方法の制限のため、ファイバオプテ
ィック技術の能力のほんのわずかな部分しか実現されていない。
[0005] While wireless technology gives the freedom to communicate without using any wiring, wireless technology can currently be limited to low to medium bandwidth applications. For high bandwidth applications (greater than 10 Gbit / s), at this time, wired fiber optic technology appears to be the only cost-effective solution. 1
For over a century, standard copper cables have been used for telecommunications, but fiber optics (cylindrical glass conduit) transfer voice, video, and data 100 times faster than standard copper cables. Can be transmitted. Unfortunately, only a small portion of the capabilities of fiber optic technology are currently being realized due to limitations in opto-electronic and vice versa conversion methods.

【0006】 エルビウムドープト光ファイバ増幅器の発明により、ネットワークにおける光
−電子変換の必要は、最小限にされる。従って、光学フォーマットの信号を維持
し、そして波長分割マルチプレクス/デマルチプレクス技術(WDM/WDDM
、または、単にWDMと呼ばれることもある)を用いることにより、即ち、同じ
光ファイバを介して多数の異なる波長(別個の異なる波長で中ビットレート)を
用いることにより、大きな総ビットレートを達成することができる。
With the invention of the erbium-doped fiber amplifier, the need for opto-electronic conversion in the network is minimized. Therefore, the signal in the optical format is maintained, and the wavelength division multiplex / demultiplex technology (WDM / WDDM) is used.
, Or simply referred to as WDM), i.e., by using a number of different wavelengths (medium bit rates at distinct different wavelengths) over the same optical fiber to achieve a large total bit rate be able to.

【0007】 多くの波長にわたる均一な増幅を可能にするため、40を上回る波長を伝送す
ることが可能である(100GHzまたは0.8nmの波長間隔であり、各波長
が2.5Gbit/s〜10Gbit/sのビットレートで動作すると仮定する
)。今日製造されているWDMシステムは、個別の特定波長向け構成要素(送信
器/マルチプレクサおよびフィルタ/デマルチプレクサ)を使用する。
To enable uniform amplification over many wavelengths, it is possible to transmit more than 40 wavelengths (100 GHz or 0.8 nm wavelength spacing, each wavelength being 2.5 Gbit / s to 10 Gbit) / S bit rate). WDM systems manufactured today use separate wavelength-specific components (transmitter / multiplexer and filter / demultiplexer).

【0008】 現在の波長が正規化された平均的なWDMシステムの波長あたりの価格は、超
長距離(約600km)遠隔通信の応用では$60,000のオーダであり、短
距離(約60km)遠隔通信の応用では、$25,000のオーダである。WD
M構成要素の価格が低下し、WDM技術の展開コストが経済的になると、大都市
、地方電話、家庭へのファイバ、およびデータ通信の市場において、WDM技術
を展開することが可能になる。
[0008] The price per wavelength of current average wavelength-averaged WDM systems is of the order of $ 60,000 for very long distance (approximately 600 km) telecommunications applications and short distance (approximately 60 km). In telecommunications applications, it is on the order of $ 25,000. WD
As the cost of deploying WDM technology becomes economical as the cost of M components decreases, WDM technology can be deployed in the metropolitan, local telephone, home fiber, and data communications markets.

【0009】 直線およびカーブグレーティングは、分布帰還型(DFB)レーザ、分布型ブ
ラッグリフレクタ(DBR)レーザ、カーブグレーティングを有する不安定共振
器レーザ、垂直に集束するレーザ、およびフィルタ、などの多くの高度な能動お
よび受動光電子装置の主要な要素である。これらの高度な装置は、電話および計
算用のファイバオプティック通信システムにおいて重要な役割を果たす。
[0009] Linear and curve gratings are available at many altitudes such as distributed feedback (DFB) lasers, distributed Bragg reflector (DBR) lasers, unstable cavity lasers with curve gratings, vertically focusing lasers, and filters. It is a key element of active and passive optoelectronic devices. These sophisticated devices play an important role in telephone and computing fiber optic communication systems.

【0010】 必要とされるタイプのグレーティングを製造する公知の技術は多数あるが、こ
れらの技術は、典型的には、多数の不利な点を特徴とする。例えば、直接書き込
み電子ビームリソグラフィは、ファインピッチ制御と、四分の一波長またはそれ
よりも微細な位相シフトおよび任意の形状のグレーティングを作り出す能力との
利点を有する。しかし、直接書き込み電子ビームリソグラフィは、高い設備費と
、低スループットとを特徴とし、勢いのある電子ビームの衝突のため、ウエハに
潜在的な材料損傷を与える。二値位相マスクを用いるその他のアプローチは、高
スループット、ファインピッチ制御、および、四分の一波長またはそれよりも微
細な位相シフトおよび任意の形状のグレーティングを作り出す能力、という利点
を有する。しかし、これらのアプローチは、複雑な製造手順を特徴とし得、マス
クピッチ(例えば、200nm)に相応するグレーティングピッチに制限される
Although there are many known techniques for producing the required type of grating, these techniques are typically characterized by a number of disadvantages. For example, direct write e-beam lithography has the advantages of fine pitch control and the ability to create quarter-wave or finer phase shifts and gratings of any shape. However, direct write e-beam lithography is characterized by high equipment costs and low throughput, causing potential material damage to the wafer due to vigorous electron beam bombardment. Other approaches using binary phase masks have the advantages of high throughput, fine pitch control, and the ability to create quarter-wave or finer phase shifts and arbitrary shaped gratings. However, these approaches can feature complex manufacturing procedures and are limited to grating pitches that correspond to mask pitches (eg, 200 nm).

【0011】 (発明の要旨) 本発明は、急激な四分の一波長シフト(または徐々に変化するより微細な位相
シフト)を伴ってまたは伴わずに、ウエハ/基板上に同時に単一または多数のサ
ブミクロンピッチ(連続的に変化するピッチを含む)の直線グレーティングおよ
びカーブグレーティングを作製するために用いることができる位相マスクを製造
するロバストプロセスを提供する。これは、多波長レーザダイオードアレイ(レ
ーザチップ)の実用的な商業用の製造を可能にする。本発明はまた、耐久性およ
び信頼性のあるレーザチップを製造し、これらのレーザチップを効率的に実装し
、そしてこれらのレーザチップをレーザドライバチップにインタフェースする技
術を提供する。レーザチップは、標準の半導体プロセスを用いて作製することが
できるが、本発明の実施形態は、そのようなプロセスの幾つかをさらに強化して
、高い製造可能性およびレーザチップ信頼性を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION [0011] The present invention provides a single or multiple simultaneous or multiple wafers / substrates on a wafer / substrate, with or without a sharp quarter-wave shift (or a finer phase shift that changes gradually). A robust process for manufacturing a phase mask that can be used to make linear and curve gratings with submicron pitches (including continuously varying pitches). This allows for practical commercial fabrication of multi-wavelength laser diode arrays (laser chips). The present invention also provides techniques for manufacturing durable and reliable laser chips, efficiently mounting these laser chips, and interfacing these laser chips to laser driver chips. Although laser chips can be fabricated using standard semiconductor processes, embodiments of the present invention further enhance some of such processes to provide high manufacturability and laser chip reliability. .

【0012】 本発明は、石英基板上の市販で入手可能なπ位相シフト材料上の(位相シフト
領域を有するまたは有していない)直線およびカーブグレーティングの必要とさ
れるサブミクロンピッチの2倍のピッチでの直接書き込み電子またはイオンビー
ムリソグラフィと、π位相シフト材料のウェットまたはドライエッチングとを使
用する。π位相シフト材料のウェットまたはドライエッチングは、ゼロ次のゼロ
にされたπ位相シフト位相マスク(zero−order nulled π
phase−shift phase mask)を作るために必要な正確なπ
位相シフトを作り出す。別の実施形態では、π位相シフトマスクは、石英基板上
に直接書き込みを行い、そして(伝送および回折された)ゼロ次ビームをキャン
セルするよう非常に正確な深さまで石英基板をエッチングすることにより、作ら
れる。このように、本発明は、200nm未満のピッチの直線および/またはカ
ーブグレーティングを電子またはイオンビームリソグラフィで製造する場合の臨
界ピッチ寸法を緩和する。
[0012] The present invention provides for twice the required submicron pitch of linear and curve gratings (with or without phase shift regions) on commercially available π phase shift materials on quartz substrates. Use direct writing electron or ion beam lithography at pitch and wet or dry etching of π phase shifting material. Wet or dry etching of the π phase shift material can be done with a zero-order nulled π phase shifted phase mask (zero-order nulled π).
The exact π needed to create a phase-shift phase mask)
Create a phase shift. In another embodiment, the π phase shift mask writes directly on the quartz substrate and etches the quartz substrate to a very precise depth to cancel the (transmitted and diffracted) zero-order beam, Made. Thus, the present invention alleviates the critical pitch dimension when manufacturing linear and / or curved gratings with a pitch of less than 200 nm by electron or ion beam lithography.

【0013】 本発明はまた、レーザの活性領域の両側に金属ショルダを有する改良されたリ
ッジレーザ構造を提供する。これらのショルダは、絶縁層の上に形成されるが、
一方のショルダは、リッジ導波管半導体材料へのコンタクト金属により電気的に
接続される。
The present invention also provides an improved ridge laser structure having metal shoulders on either side of the active region of the laser. These shoulders are formed on the insulating layer,
One shoulder is electrically connected by a contact metal to the ridge waveguide semiconductor material.

【0014】 本発明はまた、情報を保持する信号を、非常に高い忠実度でレーザチップに結
合する改良された技術を提供する。これは、非常に高い周波数(例えば、10G
Hz)の多数の信号を、干渉(クロストークとして知られている)による低下を
伴わずに伝えることができる回路を設計することにより達成される。本発明のこ
の局面によれば、メタライズされたバイアホール(via hole)が、基板
の上の金属構造を、基板の下の裏側接地面に接続する。1つの実施形態では、金
属構造は、基板の上面でRF/DC伝送線を散在させた接地線である。接地線に
、メタライズされたバイアが貫通する。別の実施形態では、バイアは、RF/D
C伝送線に沿って分布される対で配置されてもよく、各対の一方のバイアは、R
F/DC伝送線の一方側にあり、その対の他方のバイアは、RF/DC伝送線の
他方側にある。この場合の金属構造は、RF/DC伝送線の上にあり且つ両側の
バイア内に延びる個々のワイヤアーチであってもよい。
The present invention also provides an improved technique for coupling signals carrying information to a laser chip with very high fidelity. This is because very high frequencies (eg, 10G
Hz) can be achieved by designing a circuit that can carry a large number of signals without interference (known as crosstalk). According to this aspect of the invention, a metallized via hole connects a metal structure above the substrate to a backside ground plane below the substrate. In one embodiment, the metal structure is a ground line interspersed with RF / DC transmission lines on the top surface of the substrate. Metallized vias pass through the ground line. In another embodiment, the vias are RF / D
C may be arranged in pairs distributed along the transmission line, with one via in each pair
On one side of the F / DC transmission line, the other via of the pair is on the other side of the RF / DC transmission line. The metal structure in this case may be an individual wire arch above the RF / DC transmission line and extending into vias on both sides.

【0015】 本発明の本質および利点のさらなる理解は、図面および明細書の残りの部分を
参照することにより、実現され得る。
A further understanding of the nature and advantages of the present invention may be realized by reference to the drawings and the remainder of the specification.

【0016】 (特定の実施形態の説明) 1.0 分布帰還型(DFB)レーザ構造の概要 図1Aは、本発明の実施形態による多波長分布帰還型(DFB)リッジレーザ
ダイオードアレイ10の概略図である。レーザアレイ10は、レーザチップと呼
ばれることもある。レーザチップ10は、単一の基板上に複数のリッジレーザダ
イオード素子を含み、示された特定の実施形態では、10a、10b、10c、
および10dとして示される4つのリッジレーザダイオード素子を含む。各リッ
ジレーザダイオード素子は、単にレーザと呼ばれることもあり、異なる波長の光
を放出するように構成される。この波長は、λ1、λ2、λ3、およびλ4として示
される。レーザはそれぞれ、関連するグレーティング15a〜15dを有し、グ
レーティングのそれぞれのピッチが、レーザのそれぞれの波長を決定する。以下
に説明されるように、本発明の技術は、同じ基板上に異なるピッチのグレーティ
ングをエッチングすることを容易にする。レーザの数は、これよりも少なくても
多くてもよい(例えば、図1Bに示されるように、8個であってもよい)。
DESCRIPTION OF SPECIFIC EMBODIMENTS 1.0 Overview of Distributed Feedback (DFB) Laser Structure FIG. 1A is a schematic diagram of a multi-wavelength distributed feedback (DFB) ridge laser diode array 10 according to an embodiment of the present invention. It is. The laser array 10 is sometimes called a laser chip. The laser chip 10 includes multiple ridge laser diode elements on a single substrate, and in the particular embodiment shown, 10a, 10b, 10c,
And four ridge laser diode elements shown as 10d. Each ridge laser diode element, sometimes simply referred to as a laser, is configured to emit light of different wavelengths. This wavelength is denoted as λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 . The lasers each have an associated grating 15a to 15d, and the respective pitch of the grating determines the respective wavelength of the laser. As described below, the techniques of the present invention facilitate etching different pitch gratings on the same substrate. The number of lasers may be less or more (eg, eight as shown in FIG. 1B).

【0017】 レーザチップ10は、頂部および底部と呼ばれるものを規定する特定の向きで
示されているが、以下に説明されるように、レーザチップは、好ましくは、熱伝
達を向上するために、逆さにしてからモジュールの基板上に取り付けられる。
Although the laser chip 10 is shown in a particular orientation that defines what is referred to as a top and a bottom, as described below, the laser chip is preferably configured to improve heat transfer. It is mounted upside down on the module substrate.

【0018】 特定の実施形態では、レーザ波長は、1555nm付近であり、多くの電流フ
ァイバオプティック通信モジュールおよびシステムが、この波長のために構成さ
れている。波長は、約3.2nmずつ間隔があけられる。この間隔は、約0.5
nmずつ間隔があけられたグレーティングピッチに対応する。例えば、238.
5nm、239.0nm、239.5nm、および240.0nmのグレーティ
ングピッチを有するレーザチップの実施形態は、それぞれ1548.82nm、
1552.02nm、1555.22nm、および1558.42nmの波長で
の動作を提供する。0.8nmまたは1.6nmずつ間隔があけられた波長を有
することも可能である。
In certain embodiments, the laser wavelength is around 1555 nm, and many current fiber optic communication modules and systems are configured for this wavelength. The wavelengths are spaced about 3.2 nm apart. This interval is about 0.5
It corresponds to a grating pitch spaced by nm. For example, 238.
Embodiments of laser chips having grating pitches of 5 nm, 239.0 nm, 239.5 nm, and 240.0 nm are 1548.82 nm,
Provides operation at wavelengths of 1552.02 nm, 1555.22 nm, and 1558.42 nm. It is also possible to have wavelengths spaced by 0.8 nm or 1.6 nm.

【0019】 同じチップ上に異なるピッチのグレーティングを製造する本発明の能力は、言
い換えると、重要な利点、即ち、多波長DFBレーザチップを提供する能力であ
る。このチップは、応用によって、所与の時間に任意の1つの波長を選択して動
作させてもよく、すべての波長を同時に伝送させて動作させてもよい。単一のチ
ップから多数の波長を同時に伝送する能力は、WDMシステムのコスト削減を可
能にすることに注目されたい。
The ability of the present invention to produce gratings of different pitches on the same chip is, in other words, an important advantage, that is, the ability to provide a multi-wavelength DFB laser chip. Depending on the application, the chip may select and operate any one wavelength at a given time, or may operate by transmitting all wavelengths simultaneously. Note that the ability to transmit multiple wavelengths simultaneously from a single chip allows for cost savings in WDM systems.

【0020】 さらに、同じチップ上に異なるピッチのグレーティングを製造する本発明の能
力が、個々のレーザダイオードの製造に関する利点も提供することに注目された
い。ウエハに罫書きをしてチップにする前にウエハ上に多数のピッチのグレーテ
ィングを有する能力は、単一のウエハに罫書きをして多波長レーザアレイチップ
または単一レーザチップにすることを可能にし、その結果、同じウエハから、異
なる波長を有するレーザが得られる。
It is further noted that the ability of the present invention to produce gratings of different pitches on the same chip also provides advantages for producing individual laser diodes. The ability to have multiple pitch gratings on the wafer before scoring the wafer into chips allows the scoring of a single wafer into multi-wavelength laser array chips or single laser chips As a result, lasers having different wavelengths are obtained from the same wafer.

【0021】 レーザの間での望ましくない光学的、熱的および電気的クロストークは、レー
ザアレイチップ上でレーザを約500ミクロンずつ物理的に分離し、そして、隣
接するレーザ間に分離トレンチ17を形成することにより、ある程度まで最小限
に抑えられる。
Undesired optical, thermal, and electrical crosstalk between the lasers physically separates the lasers on the laser array chip by about 500 microns and creates isolation trenches 17 between adjacent lasers. By forming, it can be minimized to some extent.

【0022】 図1Cは、レーザのうちの1つ、例えば、レーザ10aを示す拡大図である。
レーザの活性領域20は、半導体材料のボディ内に形成される。このレーザは、
リッジレーザと呼ばれる。なぜなら、ボディが、活性領域20の両側にトレンチ
22および23を備えて形成され、グレーティング15aの上にあるリッジ25
を規定するからである。トレンチ22および23の外側には、金属ショルダ対2
7aおよび27bが形成される。上側コンタクト金属層30(p+コンタクト)
は、リッジの上にあり、下側(裏側)コンタクト金属層32(n+コンタクト)
は、チップの底面上に配置される。コンタクト金属30は、下向きに続き、トレ
ンチ22を通ってトレンチ22の外側に延び、ショルダ27aの上に延びて、ボ
ンドパッド35を提供する。この図はまた、レーザの様々な層と、レーザの活性
領域とを概略的に示している。様々な層とは、n+基板42、下側クラッド層4
5、活性(量子井戸)層47、グレーティング層50、上側クラッド層52、お
よびp+コンタクト層55、などである。グレーティングパターンは、グレーテ
ィング層の選択領域にエッチングされ、グレーティングパターンのそれぞれのピ
ッチが、個々のレーザ波長を規定する。グレーティング15aは、グレーティン
グ層50のハッチング部分として示される。
FIG. 1C is an enlarged view showing one of the lasers, for example, laser 10a.
The active region 20 of the laser is formed in a body of semiconductor material. This laser
It is called a ridge laser. Because the body is formed with trenches 22 and 23 on both sides of the active region 20 and the ridge 25 over the grating 15a
Is specified. Outside the trenches 22 and 23 are two metal shoulder pairs.
7a and 27b are formed. Upper contact metal layer 30 (p + contact)
Is on the ridge, and the lower (back side) contact metal layer 32 (n + contact)
Are located on the bottom surface of the chip. The contact metal 30 continues downward, extends through the trench 22 to the outside of the trench 22, and extends over the shoulder 27a to provide a bond pad 35. This figure also schematically shows the various layers of the laser and the active area of the laser. The various layers are the n + substrate 42, the lower cladding layer 4
5, an active (quantum well) layer 47, a grating layer 50, an upper cladding layer 52, a p + contact layer 55, and the like. The grating pattern is etched in selected areas of the grating layer, with each pitch of the grating pattern defining an individual laser wavelength. The grating 15a is shown as a hatched portion of the grating layer 50.

【0023】 特定の実施形態の代表的な寸法は、以下の詳細な説明のコンテキストを提供す
るために、例示の目的のためだけに与えられている。レーザチップ10は、長さ
(レーザ共振器長)が約0.5mmで幅が2.0mmであり、そのため、個々の
リッジレーザダイオードは、0.5mm(500ミクロン)ずつ間隔があけられ
る。これらはマクロ寸法であるが、示された構造は、ミクロ構造である。例えば
、リッジ25の幅は、約4ミクロンであり、トレンチ22および23の幅は、そ
れぞれ約30ミクロンであり、ショルダ27aおよび27bの幅は、それぞれ約
20ミクロンである。トレンチ17の深さは、約1.5ミクロンであり、ショル
ダの厚さは、約2ミクロンである。
[0023] Representative dimensions of particular embodiments are provided for illustrative purposes only, to provide context for the following detailed description. The laser chip 10 has a length (laser resonator length) of about 0.5 mm and a width of 2.0 mm, so that individual ridge laser diodes are spaced by 0.5 mm (500 microns). While these are macro-sized, the structures shown are micro-structures. For example, ridge 25 has a width of about 4 microns, trenches 22 and 23 have a width of about 30 microns each, and shoulders 27a and 27b have a width of about 20 microns each. The depth of the trench 17 is about 1.5 microns, and the thickness of the shoulder is about 2 microns.

【0024】 チップの様々な層は、実質的にチップの面積全体にわたって延びているが、グ
レーティングパターンは、グレーティング層のわずかな面積にしか形成されず(
例えば、約10ミクロンの幅)、各レーザの活性領域は、それぞれのリッジの下
にある。グレーティングは、約0.05ミクロンの深さの特徴を有し、リッジの
約0.4ミクロン下であって、活性層の約0.05ミクロン上に配置される。活
性層自体の厚さは、約1ミクロンである。
Although the various layers of the chip extend over substantially the entire area of the chip, the grating pattern is formed on only a small area of the grating layer (
For example, a width of about 10 microns), the active area of each laser is under each ridge. The grating has a depth of about 0.05 microns and is located about 0.4 microns below the ridge and about 0.05 microns above the active layer. The thickness of the active layer itself is about 1 micron.

【0025】 本明細書の以下の章では、レーザアレイ10において実施される技術の様々な
局面を説明する。具体的には、以下の説明は、位相マスクの製造および使用、位
相マスクを用いたグレーティング作製、多波長動作を支持するために多数のピッ
チのグレーティングを有するレーザチップの製造、チャネル間の分離の提供、な
らびに、モジュールへのレーザチップの実装および組み込み、についての詳細を
含む。
The following sections of the specification describe various aspects of the techniques implemented in the laser array 10. Specifically, the following description describes the manufacture and use of phase masks, the fabrication of gratings using phase masks, the manufacture of laser chips with multiple pitch gratings to support multi-wavelength operation, Includes details on providing and mounting and incorporating the laser chip into the module.

【0026】 2.0 グレーティングを作製するための位相マスク 2.1 位相シフトマスクと二値強度マスクとの比較 位相シフトマスクは、通常、位相マスクと呼ばれ、レーザチップの層50にグ
レーティングパターンを規定することに関して用いられる。位相マスクは、所望
のグレーティング特徴のピッチの2倍のピッチを有するマスクを製造することが
でき、それにより、それ以外の方法で可能なグレーティングよりも微細なグレー
ティングを可能にするという利点を提供する。このことは、標準の二値強度マス
ク(BIM)と位相マスクとの以下の比較を参照すれば最良に理解することがで
きる。以下に説明されるように、本発明は、ゼロ次(zero−order)ビ
ームがキャンセルする場所で、対称のm=+1およびm=−1のビームだけが干
渉することを可能にし、空間周波数の倍増を引き起こす正味のπ位相シフト(ス
カラ光学に基づく)の特性を用いる。
2.0 Phase Mask for Fabricating Grating 2.1 Comparison between Phase Shift Mask and Binary Intensity Mask A phase shift mask is usually called a phase mask, and a grating pattern is formed on a layer 50 of a laser chip. Used for defining. Phase masks can produce masks having a pitch that is twice the pitch of the desired grating features, thereby providing the advantage of allowing a finer grating than otherwise possible. . This can best be understood with reference to the following comparison between a standard binary intensity mask (BIM) and a phase mask. As explained below, the present invention allows only symmetric m = + 1 and m = -1 beams to interfere where the zero-order beam cancels out, and reduces the spatial frequency Use the property of a net π phase shift (based on scalar optics) that causes doubling.

【0027】 図2Aは、二値強度マスク60の構造および動作を、位置を合わせた4つのセ
グメントで示す。図の最初のセグメントは、マスク60を示す。マスク60は、
石英などの透明基板62を含み、透明基板62上には、クロムなどの不透明材料
領域65が堆積される。不透明材料のパターンは、半導体装置上の層に複製され
るパターンを規定する。このパターンは、ピッチを特徴とするか、あるいは、ピ
ッチと言い換えることができる空間周波数を特徴とする。
FIG. 2A illustrates the structure and operation of the binary intensity mask 60 in four aligned segments. The first segment in the figure shows the mask 60. The mask 60
An opaque material region 65 such as chromium is deposited on the transparent substrate 62 including a transparent substrate 62 such as quartz. The pattern of opaque material defines the pattern that will be replicated in the layers on the semiconductor device. This pattern is characterized by a pitch or a spatial frequency that can be rephrased as a pitch.

【0028】 図の2番目のセグメントは、マスク60の電場を、マスク表面に沿った距離の
関数として示すプロットである。図から分かるように、マスク60の方向に沿っ
た電場は、最大振幅とゼロ振幅との交互の領域を有する。これらの領域はそれぞ
れ、透明領域と不透明領域とに対応する。
The second segment of the figure is a plot showing the electric field of the mask 60 as a function of distance along the mask surface. As can be seen, the electric field along the direction of the mask 60 has alternating regions of maximum and zero amplitude. These areas correspond to a transparent area and an opaque area, respectively.

【0029】 3番目のセグメントは、ウエハ上の電場のプロットである。干渉およびその他
の影響のため、ウエハ上の電場は、正のオフセットを中心にほぼ正弦曲線であり
、マスクパターンの空間周波数に等しい空間周波数で、交互にゼロと最大振幅と
になっている。
[0029] The third segment is a plot of the electric field on the wafer. Due to interference and other effects, the electric field on the wafer is approximately sinusoidal about a positive offset, alternating between zero and maximum amplitude at a spatial frequency equal to the spatial frequency of the mask pattern.

【0030】 4番目のセグメントは、ウエハ上で結果として得られる強度のプロットである
。ウエハ上の強度は、電場の二乗で得られ、マスク60上のパターンの空間周波
数と同じ空間周波数を有することが分かる。
The fourth segment is a plot of the resulting intensity on the wafer. It can be seen that the intensity on the wafer is obtained by the square of the electric field and has the same spatial frequency as the spatial frequency of the pattern on the mask 60.

【0031】 図2Bは、位相マスク70の構造および動作を、位置を合わせた対応する4つ
のセグメントで示す。マスク70は、マスク70の表面の部分にわたって少なく
とも部分的に透明であるが、マスクを通る光路差を表す交互の部分72および7
5を含む。これらの交互の部分のピッチは、Λで示される。特定の実施形態では
、位相シフトは、πラジアンである。従って、マスク70は、π位相シフトマス
クと呼ばれる。マスクの2つの実施形態が、以下に説明される。1つの実施形態
(以下に、70Pで示される)では、マスクは、基板77を含み、領域75は、
所定厚の別個の位相シフト材料層によって規定され、1つの実施形態(以下に、
70Qで示される)では、材料は、モノリシック石英である。
FIG. 2B illustrates the structure and operation of the phase mask 70 in four aligned corresponding segments. The mask 70 is at least partially transparent over a portion of the surface of the mask 70, but has alternating portions 72 and 7 that represent optical path differences through the mask.
5 is included. The pitch of these alternating parts is indicated by Λ. In certain embodiments, the phase shift is π radians. Therefore, the mask 70 is called a π phase shift mask. Two embodiments of the mask are described below. In one embodiment (shown below as 70P), the mask includes a substrate 77 and the region 75
Defined by a separate layer of phase shift material of predetermined thickness, one embodiment (hereinafter,
70Q), the material is monolithic quartz.

【0032】 図の2番目のセグメントは、マスク70の光電場を、マスク表面に沿った距離
の関数として示すプロットである。図から分かるように、マスク70の方向に沿
った電場は、マスクパターンの空間周波数に対応する空間周波数(即ち、Λのピ
ッチ)で、ゼロを中心として交互になっている。
The second segment of the figure is a plot showing the photofield of the mask 70 as a function of distance along the mask surface. As can be seen, the electric field along the direction of the mask 70 alternates around zero at a spatial frequency (ie, a pitch of Λ) corresponding to the spatial frequency of the mask pattern.

【0033】 3番目のセグメントは、ウエハ上の電場のプロットである。干渉およびその他
の影響のため、ウエハ上の電場は、ほぼ正弦曲線であり、同じ空間周波数で、ゼ
ロを中心に振動している。
[0033] The third segment is a plot of the electric field on the wafer. Due to interference and other effects, the electric field on the wafer is approximately sinusoidal and oscillates around zero at the same spatial frequency.

【0034】 4番目のセグメントは、ウエハ上で結果として得られる強度のプロットである
。ウエハ上の強度は、電場の二乗で得られ、電場がゼロを中心に振動しているた
め、強度は、マスク70上のパターンの空間周波数の2倍の空間周波数(即ち、
Λ/2のピッチ)で周期的になっている。
The fourth segment is a plot of the resulting intensity on the wafer. Since the intensity on the wafer is obtained by the square of the electric field and the electric field oscillates around zero, the intensity is twice the spatial frequency of the pattern on the mask 70 (ie,
(ピ ッ チ / 2 pitch).

【0035】 2.2 位相シフト材料を用いた位相マスクの製造 図3A〜図3Gは、位相シフト材料を用いて、70Pで示される、ゼロ次のゼ
ロにされたπ位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。そ
のような位相シフト材料のブランクは、市販で入手可能である。適切な材料は、
DuPont Photomasks Inc.から入手可能な、埋め込み型の
i線/365nmの6%透過または9%透過位相シフトブランクである。
2.2 Fabrication of Phase Mask Using Phase-Shift Material FIGS. 3A-3G use the phase-shift material to fabricate a zero-order zeroed π-phase-shift phase mask, designated 70P. 2 shows a manufacturing process of the first method. Blanks of such phase shift materials are commercially available. Suitable materials are
DuPont Photomasks Inc. Embedded phase i-line / 365 nm 6% transmission or 9% transmission phase shift blank, available from S.A.

【0036】 図3Aは、位相マスク70Pの概略上面図である。2インチのウエハとともに
用いられる特定の実施形態において設計されるこのマスクは、ほぼ不透明の周囲
領域102と、ウエハ上にグレーティングパターンを露光するための位相マスク
エレメントを含む中央領域105とを有する。この場合、一度にウエハの四分の
一しか露光されない。その他の実施形態では、マスクは、ウエハ全体を覆うのに
十分に大きくてもよい。グレーティングパターンを含む領域は、110で示され
、グレーティングストライプと呼ばれる。これらの領域は、実線で概略的に示さ
れる。なぜなら、これらの領域は、わずか数ミクロンの幅(特定の実施形態では
10ミクロン)であるが、中央領域105の一方のエッジから他方のエッジまで
延びているからである。また、上記のように、グレーティングは、1/2mmの
中心(500ミクロン)にある。これは、マスクの部分上に、示されるようなよ
り少ない数でははく、50のオーダのグレーティングストライプがあることを意
味する。拡大部分に示されるように、各ストライプのグレーティングパターンは
、ストライプの方向に垂直に延びる。特定の実施形態では、グレーティングパタ
ーンは、4つの波長λ1、λ2、λ3、およびλ4に対応する4つの繰り返しの連続
のパターンである。拡大部分はまた、非常に様式化された形で、グレーティング
パターンを、λ/4位相シフト領域などの位相シフト領域を組み込むように作製
することができることを示す。位相シフト領域は、0.5mmの間隔があけられ
るものとして概略的に示され、この間隔は、レーザ共振器長に対応する(以下に
詳細に説明されるように、1つのそのような位相シフト領域は、共振器の中心に
配置される)。
FIG. 3A is a schematic top view of the phase mask 70 P. Designed in a specific embodiment for use with a two-inch wafer, this mask has a substantially opaque peripheral region 102 and a central region 105 that contains phase mask elements for exposing the grating pattern on the wafer. In this case, only one quarter of the wafer is exposed at a time. In other embodiments, the mask may be large enough to cover the entire wafer. The area containing the grating pattern is indicated at 110 and is called a grating stripe. These areas are schematically indicated by solid lines. 3 because these regions are only a few microns wide (10 microns in certain embodiments) but extend from one edge of the central region 105 to the other. Also, as described above, the grating is at the center of 1/2 mm (500 microns). This means that there are grating stripes on the order of 50, rather than a smaller number as shown, on the portion of the mask. As shown in the enlarged portion, the grating pattern of each stripe extends perpendicular to the direction of the stripe. In certain embodiments, the grating pattern is a continuous pattern of four repetitions corresponding to four wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 . The enlargement also shows that in a very stylized manner, the grating pattern can be made to incorporate a phase shift region, such as a λ / 4 phase shift region. The phase shift regions are schematically shown as being spaced by 0.5 mm, which corresponds to the laser cavity length (as described in detail below, one such phase shift). The region is located at the center of the resonator).

【0037】 図3Bは、石英基板120と、その上にある位相シフト材料層122とを含む
π位相シフトブランクの断面図である。この図は、図3Aの線3B−3Bに沿っ
たものである(図3Aが最終位相マスクを示し、図3Bが製造の初期段階を示す
ことが理解されるはずである。
FIG. 3B is a cross-sectional view of a π phase shift blank including a quartz substrate 120 and a phase shift material layer 122 thereon. This figure is along the lines 3B-3B of FIG. 3A (it should be understood that FIG. 3A shows the final phase mask and FIG. 3B shows the initial stages of fabrication.

【0038】 図3Bは、感光性材料(フォトレジストなど)の層125でコーティングされ
ている位相シフトブランクを示し、フォトレジストは、領域130a〜130d
を露光するよう、電子またはイオンビームリソグラフィを用いて直接書き込まれ
ている。これらの領域130a〜130dは、最終位相マスク上のグレーティン
グストライプ110を規定するために用いられるものである。図3Bの部分は、
位相マスクを用いて露光されるウエハ上の1つの4波長チップの幅よりもわずか
に大きい位相マスク上の幅に対応する。露光領域(クロスハッチングで描かれて
いる)は、非常に誇張されている。なぜなら、これらの露光領域は、わずか約1
0ミクロンの幅であり、中心間の間隔が約1/2ミリメートル(500ミクロン
)であるからである。このように、この図は、4レーザチップを構成する4つの
レーザに対応する4つの露光領域を示す。
FIG. 3B shows a phase shift blank coated with a layer 125 of a photosensitive material (such as photoresist), wherein the photoresist is in regions 130 a-130 d
Are written directly using electron or ion beam lithography. These regions 130a to 130d are used to define the grating stripe 110 on the final phase mask. The part of FIG.
This corresponds to a width on the phase mask that is slightly larger than the width of one 4-wavelength chip on the wafer that is exposed using the phase mask. The exposure area (drawn in cross-hatching) is very exaggerated. Because these exposed areas are only about 1
It is 0 microns wide and the center-to-center spacing is about 1/2 millimeter (500 microns). Thus, this figure shows four exposure regions corresponding to the four lasers constituting the four laser chips.

【0039】 図3Cは、図3Bの線3C−3Cに沿った断面図を示す。この図は、実際のグ
レーティングを規定する領域130aの露光部分を示す。これらの露光部分は、
130a−1、130a−2、などで示される。この図も、一定の縮尺で示され
ていない。なぜなら、この角度から見られる特徴は、サブミクロン(チップ上の
グレーティングのピッチの2倍)であるからである。露光部分のピッチは、図2
Bと同様にΛで示される。上記のように、このピッチは、露光されたウエハ上で
のΛ/2のピッチに対応する。
FIG. 3C shows a cross-sectional view along line 3C-3C of FIG. 3B. This figure shows an exposed portion of a region 130a that defines an actual grating. These exposed parts are
130a-1, 130a-2, etc. This figure is also not shown to scale. This is because the feature seen from this angle is submicron (twice the pitch of the grating on the chip). The pitch of the exposed part is shown in FIG.
As in B, it is indicated by Λ. As described above, this pitch corresponds to a pitch of Λ / 2 on the exposed wafer.

【0040】 このプロセスの1つの可能な実現は、(厚さ90ミルの石英基板上の)π位相
シフト材料の絶縁性により位相シフト材料の表面帯電を減らすために、950K
の分子量の2%〜5%PMMAからなる単一層フォトレジスト(厚さ200nm
〜500nm)であって、ポリメチルメチルアクリレート(polymethy
l methyl acrylate:PMMA)上に10nmのアルミニウム
金属のオーバコートを有する単一層フォトレジストを用いてもよい。あるいは、
200nmの2%PMMA頂部層と、10nmの蒸着ゲルマニウムまたはシリコ
ン中央層と、180℃でベークされた200nmのフォトレジスト底部層とを含
む三層フォトレジスト(180℃でベークされたフォトレジストが最初にスピン
オンされる)を、(厚さ90ミルの石英上の)π位相シフト材料上に堆積させて
もよい。三層フォトレジストの概念は、Howardら、IEEE Trans
actions of Electron Devices ED−28(11
)1981、pp.1378−1381の文献に記載されている。
One possible realization of this process is to reduce the surface charge of the phase shift material due to the insulating nature of the π phase shift material (on a 90 mil thick quartz substrate) at 950K.
-Layer photoresist composed of 2% to 5% PMMA of a molecular weight of 200 nm (thickness: 200 nm)
500500 nm) and polymethyl methyl acrylate (polymethy
A single layer photoresist with a 10 nm aluminum metal overcoat on l methyl acrylate (PMMA) may be used. Or,
A tri-layer photoresist including a 200 nm 2% PMMA top layer, a 10 nm deposited germanium or silicon center layer, and a 200 nm photoresist bottom layer baked at 180 ° C. (180 ° C. baked photoresist was first (Spun on) may be deposited on a π phase shift material (on 90 mil thick quartz). The concept of a three-layer photoresist is described in Howard et al., IEEE Trans.
actions of Electron Devices ED-28 (11
1981 pp. 1378-1381.

【0041】 パターンの直接書き込みは、低減された電子またはイオンビーム強度での多数
のパスで行うことができる。50KVまたは100KVでのマルチパス電子また
はイオンビームリソグラフィにより、フォトレジスト上に所望のパターンを書き
込むことができる。電子またはイオンビーム書き込み中の不均一性およびステッ
チングエラーを減らすために、完全な照射線量を、多数のパスで割ってもよい。
Direct writing of patterns can be performed in multiple passes with reduced electron or ion beam intensity. The desired pattern can be written on the photoresist by multi-pass electron or ion beam lithography at 50 KV or 100 KV. To reduce non-uniformities and stitching errors during electron or ion beam writing, the full dose may be divided by multiple passes.

【0042】 図3Dおよび図3Eは、フォトレジストを現像した後の、フォトレジストでコ
ーティングされた位相シフト材料を示す断面図である。図から分かるように、電
子またはイオンビームによって露光されたフォトレジスト領域は、現像工程によ
り除去されており、位相シフト層122の裸領域135a〜135dを残してい
る。これらの裸領域は、図3Eに示されるように位相マスクピッチでセグメント
化され、個々のセグメントは、135a−1、135a−2、などで示される。
FIGS. 3D and 3E are cross-sectional views showing the photoresist-coated phase shift material after developing the photoresist. As can be seen, the photoresist regions exposed by the electron or ion beam have been removed by a development process, leaving bare regions 135a-135d of phase shift layer 122. These bare regions are segmented at the phase mask pitch as shown in FIG. 3E, with the individual segments shown as 135a-1, 135a-2, and so on.

【0043】 単一層PMMAの場合、アルミニウム層を、まずアルミニウムエッチング溶液
でエッチングすることができ、次いで、PMMAを、1:1の体積比のメチルイ
ソブチルケトン:イソプロパノールで現像し、そして最後に、イソプロパノール
ですすいで、窒素中で乾燥させる。
In the case of a single layer PMMA, the aluminum layer can first be etched with an aluminum etching solution, then the PMMA is developed with a 1: 1 volume ratio of methyl isobutyl ketone: isopropanol, and finally, the isopropanol Rinse and dry in nitrogen.

【0044】 三層レジストプロセスの場合、まずPMMAを、1:1の体積比のメチルイソ
ブチルケトン:イソプロパノールで現像し、イソプロパノールですすぎ、そして
窒素中で乾燥させる。次いで、サンプルを脱イオン水でエッチングして、ゲルマ
ニウム層上の自然酸化物を除去し、次いで、ゲルマニウムまたはシリコンを、純
粋なCF4プラズマ中で、低圧反応性(または、磁気増強)イオンエッチングに よりドライエッチングする。180℃で硬くベークしたフォトレジストを、純粋
なO2プラズマ中で、低圧反応性(または、磁気増強)イオンエッチングにより エッチングする。
For a three-layer resist process, PMMA is first developed with a 1: 1 volume ratio of methyl isobutyl ketone: isopropanol, rinsed with isopropanol and dried in nitrogen. Then, by etching the sample with deionized water to remove native oxide on the germanium layer, then the germanium or silicon, in pure CF 4 plasma, a low-pressure reactive (or magnetic enhancement) to ion etching More dry etching. The hard baked photoresist at 180 ° C. is etched by low pressure reactive (or magnetically enhanced) ion etching in pure O 2 plasma.

【0045】 図3Fおよび図3Gは、位相シフト層122の裸領域135a〜135dをエ
ッチングして位相シフト材料にパターンを複製した後の最終位相マスクを示す断
面図であり、基板120の裸領域140a〜140dを残している。これらの裸
領域は、図3Gに示されるように位相マスクピッチでセグメント化され、領域1
40aの個々のセグメントは、140a−1、140a−2、などで示される。
エッチングは、好ましくは、位相シフト材料を石英基板までエッチングするが石
英基板を有意にはエッチングしないプロセスにより行われる。
FIGS. 3F and 3G are cross-sectional views showing the final phase mask after the bare regions 135 a-135 d of the phase shift layer 122 have been etched and the pattern has been replicated in the phase shift material. ~ 140d are left. These bare regions are segmented at the phase mask pitch as shown in FIG.
The individual segments of 40a are designated 140a-1, 140a-2, and so on.
The etching is preferably performed by a process that etches the phase shift material to the quartz substrate but does not significantly etch the quartz substrate.

【0046】 単一層PMMAの場合、π位相シフト材料上のサブミクロンパターンを、希釈
した市販のクロムエッチング液を用いてウェットエッチングすることができる。
三層レジストの場合、π位相シフト材料を、Cl2(80%)およびO2(20%
)ガス混合物プラズマ中で、中圧反応性イオンエッチング(または磁気増強)に
よりエッチングすることができる。180℃でベークしたフォトレジストの最終
除去は、純粋なO2ガスプラズマ中で、市販のフォトレジストストリッパによる 高圧反応性イオンエッチングを用いることによって行うことができる。
In the case of single layer PMMA, the submicron pattern on the π phase shift material can be wet etched using a dilute commercial chromium etchant.
For a three-layer resist, the π phase shift material is Cl 2 (80%) and O 2 (20%
3.) Etching in gas mixture plasma by medium pressure reactive ion etching (or magnetic enhancement). Final removal of the 180 ° C. baked photoresist can be performed in a pure O 2 gas plasma by using high pressure reactive ion etching with a commercial photoresist stripper.

【0047】 次いで、位相マスクに、最終表面処理と、裏側反射防止コーティング142の
堆積とを施す。
The phase mask is then subjected to a final surface treatment and deposition of a backside anti-reflective coating 142.

【0048】 望ましい場合には、標準の堆積およびリフトオフ技術を用いて、グレーティン
グストライプ以外の位相マスク部分の上に、クロムを堆積させてもよい。これは
、グレーティングパターンをエッチングした後に、容易に行うことができる。エ
ッチングした後に行う場合、堆積したクロムをグレーティングストライプの領域
からリフトオフすることができるよう、エッチングしたグレーティングストライ
プをフォトレジストで覆わなければならない。尚、位相シフト材料エッチングに
おいてクロムエッチング液を用いてグレーティングパターンをエッチングする場
合、堆積を行い、その後にフォトリソグラフィおよびエッチングを行うことによ
ってクロムをパターニングすることは、概して適切でない。なぜなら、クロムエ
ッチング液が、位相シフト材料もエッチングしてしまうからである。
If desired, chromium may be deposited over portions of the phase mask other than the grating stripes using standard deposition and lift-off techniques. This can be easily performed after etching the grating pattern. If performed after etching, the etched grating stripe must be covered with photoresist so that the deposited chromium can be lifted off from the area of the grating stripe. When etching a grating pattern using a chromium etchant in the phase shift material etching, it is generally not appropriate to pattern the chromium by depositing, followed by photolithography and etching. This is because the chromium etchant also etches the phase shift material.

【0049】 2.3 直接エッチングを用いた位相マスクの製造 図4A〜図4Gは、ゼロ次のゼロにされたπ位相シフト位相マスクを作製する
第2の方法の製造工程を示す。この方法は、グレーティングのパターンを、石英
基板上に堆積された位相シフト材料にではなく、石英ブランクにエッチングする
という点で、上記の第1の方法とは異なる。石英ブランクは、もともとクロムめ
っきされる(二値フォトマスクブランクと同様)。
2.3 Fabrication of Phase Mask Using Direct Etching FIGS. 4A-4G illustrate fabrication steps of a second method for fabricating a zero order zeroed π phase shift phase mask. This method differs from the first method described above in that the grating pattern is etched into a quartz blank rather than into a phase shift material deposited on a quartz substrate. Quartz blanks are originally chrome plated (similar to binary photomask blanks).

【0050】 図4Aは、位相マスク70Qの概略上面図である。マスクは、主として不透明
であり(クロムコーティング)、グレーティングストライプ145が、マスクの
中央領域に配置されている。位相マスク70Pの場合と同様に、一度にウエハの
四分の一しか露光されない。また、上記の場合と同様に、ストライプは、実線で
概略的に示されており、拡大部分に示されるように、各ストライプのグレーティ
ングパターンは、ストライプの方向に垂直に延び、グレーティングパターンは、
4つの波長λ1、λ2、λ3、およびλ4に対応する4つの繰り返しの連続のパター
ンである。
FIG. 4A is a schematic top view of the phase mask 70 Q. The mask is mainly opaque (chrome coating) and grating stripes 145 are located in the central region of the mask. As with the phase mask 70P, only one quarter of the wafer is exposed at a time. Also, as in the above case, the stripes are schematically indicated by solid lines, and as shown in the enlarged portion, the grating pattern of each stripe extends perpendicularly to the direction of the stripe, and the grating pattern is:
4 is a continuous pattern of four repetitions corresponding to four wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 .

【0051】 図4Bは、石英板150と、その上にあるクロム層152とを含むクロムめっ
きされた石英ブランクの部分の概略図である。この図は、図4Aの線4B−4B
に沿ったものである(図4Aが、最終位相マスクを示し、図4Bが、製造の初期
段階を示すことが理解されるはずである)。図4Bは、フォトレジスト層153
でコーティングされたブランクを示し、フォトレジストは、領域155a〜15
5dを露光するように、電子またはイオンビームリソグラフィを用いて、直接書
き込まれている。これらの領域155a〜155dは、最終位相マスク上のグレ
ーティングストライプ145を規定するために用いられるものである。マスク7
0Pの場合と同様に、図4Bの部分は、1つの4波長チップの幅よりもわずかに
大きい位相マスク上の幅に対応し、露光領域(クロスハッチングで描かれている
)は、非常に誇張されており、最終チップ上にできる4レーザに対応する4つの
露光領域を示す。
FIG. 4B is a schematic diagram of a portion of a chrome-plated quartz blank including a quartz plate 150 and a chrome layer 152 thereon. This figure corresponds to line 4B-4B in FIG. 4A.
(It should be understood that FIG. 4A shows the final phase mask, and FIG. 4B shows the initial stages of manufacturing). FIG. 4B shows the photoresist layer 153.
Shows a blank coated with the photoresist, where the photoresist is in areas 155a-15
Written directly using electron or ion beam lithography to expose 5d. These regions 155a to 155d are used to define the grating stripe 145 on the final phase mask. Mask 7
As in the case of 0P, the part of FIG. 4B corresponds to a width on the phase mask slightly larger than the width of one four-wavelength chip, and the exposed area (depicted by cross-hatching) is very exaggerated. 4 shows four exposure regions corresponding to four lasers formed on the final chip.

【0052】 プロセスは、厚さ90ミルのクロムめっきされた石英板上に950Kの分子量
の5%PMMA(500nm)を調製することから始まる(90ミルの厚さを選
んだのは、石英板が時間および温度とともにあまり曲がらないからである)。ク
ロムコーティングされたブランク上の選択された場所にエッジアライメントクロ
スマークおよびストライプ開口部(幅10ミクロン、長さ約10mm)を直接書
き込むために、電子またはイオンビームリソグラフィを使用してもよい。市販の
クロムエッチング液を用いて、アライメントクロスマークおよびストライプ開口
部をウェットエッチングしてもよい。電子ビームリソグラフィの場合に高コント
ラストのアライメントクロスマークを得るために、ストライプ開口部領域を慎重
にシャドウマスキングしながら、アライメントマークの選択領域に、Crおよび
Au(5nm/100nm)を蒸着させてもよい。CrおよびAuアライメント
マークは、リフトオフすることができ、クロムコーティングされたブランクを、
イソプロパノールですすぎ、そしてO2ガスを用いてプラズマアッシングして、 フォトレジストのいかなる表面残渣をも除去することができる。
The process begins by preparing 5% PMMA (500 nm) with a molecular weight of 950 K on a 90 mil thick chrome plated quartz plate (the 90 mil thickness was chosen because the quartz plate was Because it does not bend much with time and temperature). Electron or ion beam lithography may be used to directly write edge alignment cross marks and stripe openings (10 microns wide, about 10 mm long) at selected locations on the chrome coated blank. The alignment cross mark and the stripe opening may be wet-etched using a commercially available chromium etchant. In order to obtain high-contrast alignment cross marks in the case of electron beam lithography, Cr and Au (5 nm / 100 nm) may be deposited on selected areas of the alignment marks while carefully shadow masking the stripe opening area. . The Cr and Au alignment marks can be lifted off and a chrome coated blank
Rinsed with isopropanol, and then plasma ashing using O 2 gas, it is possible to remove any surface residues of the photoresist.

【0053】 図4Cは、フォトレジスト157を現像し、そして、フォトレジストの露光領
域155a〜155dに対応する領域において露光されたクロムをエッチングし
た後のブランクの部分の断面図である。ストライプ領域間に残っているクロム部
分は、最終位相マスク上に残る。
FIG. 4C is a cross-sectional view of the blank portion after the photoresist 157 has been developed and the exposed chromium has been etched in areas corresponding to the exposed areas 155a-155d of the photoresist. The chrome portion remaining between the stripe regions remains on the final phase mask.

【0054】 次いで、マスク70Pの製造に関して上で説明されたように、ストライプ領域
のクロムが除去されたブランクにフォトレジストをコーティングし、そして、こ
のフォトレジストにグレーティングパターンを書き込む。
Next, as described above with respect to the manufacture of the mask 70 P, the chromium-removed blank in the stripe region is coated with a photoresist, and a grating pattern is written on the photoresist.

【0055】 Howardらの上記文献に記載される三層フォトレジストの概念を用いて、
三層フォトレジスト手順を、以下のように、厚さ90ミルの石英基板上に調製す
ることができる。200nmの薄めたAZ 5214Eフォトレジスト(AZ
5214Eをフォトレジストシンナーで希釈したもの)を、180℃で1時間ベ
ークし、次いで、厚さ10nmのゲルマニウムまたはシリコンを高真空蒸着シス
テムで堆積させ、その後、スピンオンによる950Kの分子量の2%PMMA(
厚さ200nm)を堆積させて、再び160℃で30分間ベークする。必要とさ
れる実際のグレーティングピッチの2倍のピッチで所望のパターンを直接書き込
むために、電子またはイオンビームリソグラフィを使用してもよい。
Using the three-layer photoresist concept described in Howard et al., Supra,
A three-layer photoresist procedure can be prepared on a 90 mil thick quartz substrate as follows. 200 nm thinned AZ 5214E photoresist (AZ
5214E diluted in photoresist thinner is baked at 180 ° C. for 1 hour, and then 10 nm thick germanium or silicon is deposited in a high vacuum evaporation system, followed by spin-on 950K molecular weight 2% PMMA (
(Thickness: 200 nm) and baked again at 160 ° C. for 30 minutes. Electron or ion beam lithography may be used to directly write the desired pattern at twice the required actual grating pitch.

【0056】 上の場合と同様に、パターンの直接書き込みは、好ましくは、低減された電子
またはイオン強度を用いて多数のパスで行われる。具体的には、一回のパスの完
全な電子またはイオンビーム照射線量でグレーティングを書き込む代わりに、完
全な照射線量の1/(パスの数)の電子またはイオンビーム照射線量の多数のパ
ス(少なくとも4)でグレーティングを書き込み、グレーティングにおけるフィ
ールドおよび/またはサブフィールドステッチングエラーを最小限にする。均一
なグレーティングパターンを得るために、照射線量を、クロム/石英境界から石
英の中心まで変動させてもよい。露光されたPMMAは、1:1の体積比のメチ
ルイソブチルケトン:イソプロパノール現像液で現像することができ、最終的に
、イソプロパノールですすぎ、そして窒素ガス中で乾燥させることができる。
As in the above case, direct writing of the pattern is preferably performed in multiple passes with reduced electron or ionic strength. Specifically, instead of writing the grating with a complete electron or ion beam dose in one pass, multiple passes of the electron or ion beam dose (at least at 1 / (number of passes) of the full dose) (at least Write the grating in 4) to minimize field and / or subfield stitching errors in the grating. The irradiation dose may be varied from the chromium / quartz boundary to the center of the quartz to obtain a uniform grating pattern. The exposed PMMA can be developed with a 1: 1 volume ratio of methyl isobutyl ketone: isopropanol developer, finally rinsed with isopropanol and dried in nitrogen gas.

【0057】 図4Dおよび図4Eは、フォトレジストを現像した後の、フォトレジストでコ
ーティングされたブランクを示す断面図である。図から分かるように、電子また
はイオンビームで露光されたフォトレジスト領域は、現像工程により除去され、
石英基板150の裸領域157a〜157dを残している。これらの裸領域は、
図3Eに示されるように位相マスクピッチでセグメント化され、個々のセグメン
トは、157a−1、157a−2、などで示される。
FIGS. 4D and 4E are cross-sectional views showing a photoresist-coated blank after developing the photoresist. As can be seen, the photoresist areas exposed by the electron or ion beam are removed by a development step,
The bare regions 157a to 157d of the quartz substrate 150 are left. These bare areas are
Segmented at the phase mask pitch as shown in FIG. 3E, the individual segments are denoted by 157a-1, 157a-2, etc.

【0058】 図4Fおよび図4Gは、石英の裸領域157a〜157dをエッチングしてフ
ォトレジスト153のパターンを複製した後の最終位相マスクを示す断面図であ
り、浅くなった基板の領域160a〜160dを残している。これらのエッチン
グされた領域は、図4Gに示されるように位相マスクピッチでセグメント化され
、エッチングされた領域160aの個々のエッチングされたセグメントは、16
0a−1、160a−2、などで示される。エッチングは、好ましくは、石英基
板を、π位相シフトに対応する深さまでエッチングするプロセスにより行われる
。エッチングされた領域160a1などと、エッチングされた領域間の交互のエ
ッチングされていない石英材料領域とが、最終的にグレーティングを規定する。
FIGS. 4F and 4G are cross-sectional views showing the final phase mask after the quartz bare regions 157 a-157 d have been etched to replicate the pattern of photoresist 153, showing shallower substrate regions 160 a-160 d Is leaving. These etched regions are segmented at the phase mask pitch as shown in FIG. 4G, and the individual etched segments of etched region 160a are 16
0a-1, 160a-2, etc. The etching is preferably performed by a process of etching the quartz substrate to a depth corresponding to the π phase shift. Etched regions 160a1, etc., and alternating unetched regions of quartz material between the etched regions ultimately define the grating.

【0059】 ゲルマニウムベースの三層フォトレジストの場合、石英板を、脱イオン水で手
短にエッチングし、そして窒素中で乾燥させて、ゲルマニウム上の自然酸化ゲル
マニウム(native germanium oxide)を除去することが
できる。ゲルマニウムベースの三層フォトレジストおよびシリコンベースの三層
フォトレジストの両方において、ゲルマニウムまたはシリコンを、CF4ガスプ ラズマを用いて低圧反応性イオン(または、磁気増強)エッチング装置(etc
her)でエッチングすることができる。硬くベークされたフォトレジストの下
層は、連続的に、O2ガスプラズマを用いて低圧反応性イオン(または、磁気増 強)エッチング装置でエッチングすることができる。CF4−Ar混合物を用い て低圧反応性イオンエッチング装置(または、磁気増強された反応性イオンエッ
チング装置)で所望のπ位相シフトを得るために、石英を所望の正確な深さにエ
ッチングした。深さは、エッチング時間をモニタし、エッチング中のテストサイ
ン領域のエッチング深さとエッチガス副生物の発光分光とをプロファイルするこ
とにより、制御することができる。180℃でベークしたフォトレジストの最終
除去は、市販で入手可能なフォトレジストストリッパ、純粋なO2ガスプラズマ 中での高圧反応性イオンエッチング、および市販で入手可能なナノストリップを
用いることにより、達成することができる。
In the case of a germanium-based three-layer photoresist, the quartz plate can be briefly etched with deionized water and dried in nitrogen to remove native germanium oxide on germanium. it can. In both germanium-based and silicon-based three-layer photoresists, germanium or silicon can be etched with a low pressure reactive ion (or magnetically enhanced) etcher (etc) using CF 4 gas plasma.
her). The underlayer of hard baked photoresist can be continuously etched in a low pressure reactive ion (or magnetically enhanced) etcher using an O 2 gas plasma. Quartz was etched to the desired precise depth to obtain the desired π phase shift in a low pressure reactive ion etcher (or magnetically enhanced reactive ion etcher) using a CF 4 —Ar mixture. The depth can be controlled by monitoring the etch time and profiling the etch depth of the test signature area during the etch and the emission spectra of etch gas by-products. Final removal of the 180 ° C. baked photoresist was achieved by using a commercially available photoresist stripper, high pressure reactive ion etching in pure O 2 gas plasma, and commercially available nanostrips. can do.

【0060】 次いで、位相マスクに、最終表面処理と、裏側反射防止コーティング162の
堆積とを施す。
The phase mask is then subjected to a final surface treatment and deposition of a backside anti-reflective coating 162.

【0061】 3.0 グレーティングの製造および可能な幾何学的形状 図5Aは、上に示されるように製造され得る位相マスク70を示す。この位相
マスク70は、165で示される垂直に入射する(normally inci
dent)コヒーレントまたは非コヒーレント光ビームを用いて、フォトレジス
ト(例えば、厚さ40nmのフォトレジスト)でコーティングされたウエハ16
3を露光することに関して用いられる。この露光およびその後の処理は、レーザ
チップのグレーティング層50(図1C)にグレーティングパターンを形成する
目的のものである。位相マスクは、ウエハに接しているか、または、ほぼ接して
いる(ほぼ接している場合が、明確に示されている)。m=0次回折ビーム16
5a、m=−1次回折ビーム165b、およびm=+1次回折ビーム165cを
含む様々な回折次もまた、示されている。π位相シフトのため、m=0次回折ビ
ームはキャンセルされ、1次ビーム165bおよび165cが干渉して像を形成
する。上記のように、位相マスクの性質は、ウエハ上のパターンが、位相マスク
上のパターンの空間周波数の2倍の空間周波数を有することである。即ち、位相
マスク上のグレーティングパターンのピッチは、所望の/設計されたグレーティ
ングピッチの2倍である。露光後、フォトレジストを現像し、標準のウェットま
たはドライエッチングプロセスを用いて、ウエハにグレーティングパターンをエ
ッチングする。
3.0 Grating Manufacture and Possible Geometries FIG. 5A shows a phase mask 70 that can be manufactured as shown above. This phase mask 70 is vertically incident (normally inci
Dent) Wafer 16 coated with photoresist (eg, 40 nm thick photoresist) using a coherent or non-coherent light beam
3 used for exposing. This exposure and subsequent processing are for forming a grating pattern on the grating layer 50 (FIG. 1C) of the laser chip. The phase mask is in contact with, or almost in contact with, the wafer (the case of almost being in contact is clearly shown). m = 0 order diffraction beam 16
Various diffraction orders are also shown, including the 5a, m = -1st order diffracted beam 165b, and the m = + 1st order diffracted beam 165c. Due to the π phase shift, the m = 0th order diffracted beam is canceled and the primary beams 165b and 165c interfere to form an image. As described above, the nature of the phase mask is that the pattern on the wafer has a spatial frequency that is twice the spatial frequency of the pattern on the phase mask. That is, the pitch of the grating pattern on the phase mask is twice the desired / designed grating pitch. After exposure, the photoresist is developed and the grating pattern is etched into the wafer using a standard wet or dry etching process.

【0062】 垂直に入射する照射とともに位相マスクを使用する利点には、より微細なパタ
ーンを達成することに加えて、同じ基板上に異なるピッチのグレーティングを作
製する能力、および、カーブグレーティングを作製する能力、などがある。
The advantages of using a phase mask with vertically incident radiation, in addition to achieving finer patterns, the ability to make gratings of different pitches on the same substrate, and making curve gratings Capabilities.

【0063】 図5Bは、本発明によるプロセスを用いて作製することができる4つの異なる
可能なグレーティング構成を示す。λ/4位相シフト領域175によって分離さ
れる定ピッチΛのセグメント172および173を有する直線グレーティング1
70が示される。本発明によるレーザチップの実施形態は、各々がλ/4位相シ
フト領域を有する多数の直線グレーティングを含み、各グレーティングは、異な
るピッチを有して、多波長動作を支持する。
FIG. 5B shows four different possible grating configurations that can be made using the process according to the present invention. Linear grating 1 having segments 172 and 173 of constant pitch さ れ る separated by λ / 4 phase shift region 175
70 is shown. Embodiments of the laser chip according to the present invention include multiple linear gratings, each having a λ / 4 phase shift region, each grating having a different pitch to support multi-wavelength operation.

【0064】 λ/4位相シフト領域185によって分離される定ピッチのカーブグレーティ
ングセグメント182および183を有するカーブグレーティング180が示さ
れる。Λlargeで示される、より大きいピッチのセグメント195によって分離 される、Λsmallで示される第1の定ピッチのセグメント192および193を 有する直線グレーティング190が示される。より大きいピッチΛlargeのカー ブグレーティング領域205によって分離される、第1のピッチΛsmallのカー ブグレーティングセグメント202および203を有するカーブグレーティング
200が示される。
A curve grating 180 having constant pitch curve grating segments 182 and 183 separated by a λ / 4 phase shift region 185 is shown. Shown is a linear grating 190 having first constant pitch segments 192 and 193 indicated by Λ small , separated by larger pitch segments 195 indicated by Λ large . A curve grating 200 is shown having first pitch Λ small car grating segments 202 and 203 separated by a larger pitch Λ large car grating area 205.

【0065】 図5Cおよび図5Dは、カーブグレーティングの代表的な応用を示す。上記の
ように、図1Aに示されるレーザチップは、異なるピッチの4つのまっすぐなグ
レーティングを使用し、各グレーティングは、λ/4位相シフト領域を有する。
図5Cおよび図5Dに示される応用は、多くの異なる種類のレーザとともに使用
することができ、これらの場合、グレーティングは、レーザ共振器の外側にある
。図5Cは、レーザダイオード210とカーブグレーティング212とを有し、
スポット213で焦点を与える、垂直に集束するレーザダイオード構成を示す。
図5Dは、レーザダイオード215(カーブミラー216aおよび216bを有
する)と、カーブグレーティング対217aおよび217bとを有する高出力の
不安定共振器レーザダイオード構成を示す。
FIGS. 5C and 5D show typical applications of curve gratings. As described above, the laser chip shown in FIG. 1A uses four straight gratings of different pitches, each having a λ / 4 phase shift region.
5C and 5D can be used with many different types of lasers, in which case the grating is outside the laser cavity. FIG. 5C has a laser diode 210 and a curve grating 212,
5 illustrates a vertically focusing laser diode configuration that focuses at spot 213.
FIG. 5D shows a high power unstable resonator laser diode configuration with a laser diode 215 (with curve mirrors 216a and 216b) and a pair of curve gratings 217a and 217b.

【0066】 4.0 レーザチップ製造 4.1 パターニングおよびエッチングプロセス 現在の実現では、レーザチップ製造は、ニューハンプシャー州ロンドンデリー
(Londonderry)にあるEPIなどの供給業者から市販で入手可能な
レーザダイオードウエハの購入から始まる。ウエハはまた、カリフォルニア州サ
ンフランシスコのSemiaから入手してもよい。市販で入手可能なレーザダイ
オードウエハは、例えば、上から順に以下の層を含む。
4.0 Laser Chip Manufacture 4.1 Patterning and Etching Process In current implementations, laser chip manufacture involves the use of laser diode wafers commercially available from suppliers such as EPI in Londonderry, NH. Start with purchase. Wafers may also be obtained from Semia, San Francisco, California. A commercially available laser diode wafer includes, for example, the following layers in order from the top.

【0067】 p+ドープト頂部金属コンタクト(InGaAs) pドープト上側クラッド(InP/InGaAsP) グレーティング層(InGaAsP) 多層活性層(交互の量子井戸層およびバリア層) nドープト下側クラッド(InP/InGaAsP) n+ドープト基板(InP) 図6A〜図6Hは、リッジレーザアレイを製造する製造工程を示す。これらの
図面は、一定の縮尺で示されておらず、例えば、厚さは、非常に誇張されている
。特定の実現では、レーザチップは、2インチのウエハ上に製造される。これら
のウエハは、グレーティング層よりも上の層の幾つかまたはすべてが存在する状
態で購入されてもよく、無い状態で購入されてもよい。特定のウエハに依存して
、グレーティングは、グレーティング層にエッチングされ(上にある層は、最初
から存在する場合には、除去されている)、上側の層が再成長される。
P + -doped top metal contact (InGaAs) p-doped upper cladding (InP / InGaAsP) grating layer (InGaAsP) multilayer active layer (alternate quantum well and barrier layers) n-doped lower cladding (InP / InGaAsP) n + doped Substrate (InP) FIGS. 6A to 6H show a manufacturing process for manufacturing a ridge laser array. These drawings are not shown to scale, for example, thicknesses are greatly exaggerated. In certain implementations, the laser chips are fabricated on a 2 inch wafer. These wafers may be purchased with or without some or all of the layers above the grating layer. Depending on the particular wafer, the grating is etched into the grating layer (the overlying layers have been removed, if present at the outset) and the overlying layers are regrown.

【0068】 グレーティングパターンは、位相マスク70と、標準のフォトリソグラフィと
を用いてエッチングされる。位相マスクを用いたグレーティングパターンの露光
については、上で説明した。上記のように、露光は、コヒーレント光を用いて行
われても、インコヒーレント光を用いて行われてもよい。この時点で、グレーテ
ィングは完全に覆われているが、グレーティングの上にリッジレーザ構造を形成
するために、これらのグレーティングの正確な場所が分からなければならない。
The grating pattern is etched using phase mask 70 and standard photolithography. The exposure of the grating pattern using the phase mask has been described above. As described above, the exposure may be performed using coherent light or may be performed using incoherent light. At this point, the gratings are completely covered, but the exact locations of these gratings must be known in order to form a ridge laser structure over the gratings.

【0069】 図6Aは、255で示されるグレーティングがエッチングされた部分のレーザ
ウエハ250を示す概略上面図であり、上にある半導体材料257(例えば、I
nGaAsP/InP/InGaAs)が再成長されており、グレーティングの
場所を特定するために、ウエハには、エッジ開口フォトリソグラフィおよびウェ
ットエッチングが施されている。グレーティングパターンを含む領域は、グレー
ティングストライプと呼ばれ、実線で概略的に示される。なぜなら、これらの領
域は、わずか数ミクロン(特定の実施形態では、10ミクロン)の幅であるが、
ウエハを横切って延びているからである。また、上記のように、グレーティング
は、1/2mmの中心(500ミクロン)にある。これは、ウエハ上に、示され
るようなより少ない数でははく、100のオーダのグレーティングストライプが
あることを意味する。拡大部分に示されるように、各ストライプのグレーティン
グパターンは、ストライプの方向に垂直に延びる。
FIG. 6A is a schematic top view showing the portion of the laser wafer 250 where the grating indicated by 255 has been etched, and the semiconductor material 257 (eg, I
(nGaAsP / InP / InGaAs) has been regrown and the wafer has been edge-opened photolithographically and wet-etched to locate the grating. The region containing the grating pattern is called a grating stripe and is schematically indicated by a solid line. Because these areas are only a few microns (in certain embodiments, 10 microns) wide,
This is because it extends across the wafer. Also, as described above, the grating is at the center of 1/2 mm (500 microns). This means that there are grating stripes on the wafer, on the order of 100, rather than a smaller number as shown. As shown in the enlarged portion, the grating pattern of each stripe extends perpendicular to the direction of the stripe.

【0070】 図6Bは、ウエハの上に、窒化ケイ素または二酸化ケイ素などの絶縁層を堆積
させ、そして、絶縁層のフォトリソグラフィおよびエッチングによりアライメン
トマーク260を形成した後のウエハの部分を示す。アライメントマークは、×
印として示されており、ウエハ上の様々な場所に配置される。特定の実施形態で
は、アライメントマークは、10または20チップおきに配置される。レーザ構
造の活性領域が、チップの2mm幅のわずかな部分を占有するため、活性領域か
ら除かれるチップの部分(例えば、分離トレンチの1つの付近)の上にアライメ
ントマークを配置することは簡単な事である。
FIG. 6B shows the portion of the wafer after depositing an insulating layer, such as silicon nitride or silicon dioxide, on the wafer and forming alignment marks 260 by photolithography and etching of the insulating layer. The alignment mark is ×
Shown as indicia and located at various locations on the wafer. In certain embodiments, the alignment marks are placed every 10 or 20 chips. Since the active area of the laser structure occupies a small 2 mm wide portion of the chip, it is easy to place an alignment mark on the part of the chip that is removed from the active area (eg, near one of the isolation trenches). Is the thing.

【0071】 図6Cは、1つのレーザチップの幅よりもわずかに大きい幅に対応するレーザ
ウエハ250の部分を示す概略断面図である。ウエハは、個々のチップに分離さ
れていないため、これからその構成を説明する構造は、チップの一方のエッジか
ら他方のエッジまで延びている(グレーティングストライプに位置が合わされて
いる)。グレーティングストライプは、再成長された材料257の真下に示され
ている。
FIG. 6C is a schematic sectional view showing a portion of the laser wafer 250 corresponding to a width slightly larger than the width of one laser chip. Since the wafer is not separated into individual chips, the structure whose structure will now be described extends from one edge of the chip to the other (aligned with the grating stripe). The grating stripe is shown directly below the regrown material 257.

【0072】 図6Dは、リッジ導波管を規定するためにトレンチ22および23(図1C)
をエッチングし、そして、分離トレンチ17(図1A)を規定するためにレーザ
の活性領域間をより深くエッチングした後のウエハの部分を示す。トレンチは、
反応性またはマグネトロン増強反応性イオンエッチング(室温のメタンおよび水
素ガス混合物、または、300℃の塩素またはアルゴンガス混合物)と、体積比
4:1の塩酸および水中でのウェットエッチングとの組み合わせを用いてエッチ
ングされてもよい。
FIG. 6D shows trenches 22 and 23 (FIG. 1C) to define a ridge waveguide.
FIG. 2B shows the portion of the wafer after etching the substrate and etching deeper between the active regions of the laser to define isolation trenches 17 (FIG. 1A). The trench is
Using a combination of reactive or magnetron enhanced reactive ion etching (methane and hydrogen gas mixture at room temperature or chlorine or argon gas mixture at 300 ° C.) and wet etching in hydrochloric acid and water at a volume ratio of 4: 1 It may be etched.

【0073】 図6Eは、コンフォーマル絶縁層270を堆積させ、そしてその後に、アニー
ルを行って高密度化し、絶縁材料の応力を軽減した後のウエハのさらに局所的な
部分を示す。この絶縁層270は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、またはシクロテ
ン、などの材料からなっていてもよい。
FIG. 6E shows a more localized portion of the wafer after the conformal insulating layer 270 has been deposited and then annealed to densify and reduce the stress of the insulating material. This insulating layer 270 may be made of a material such as silicon nitride, silicon dioxide, or cycloten.

【0074】 図6Fは、絶縁層270をパターニングし、そしてエッチングして、リッジ2
5の上にある絶縁層の部分を除去し、下にある半導体材料の領域275を露出さ
せた後のウエハのさらに局所的な部分を示す。CF4(98%)およびO2(2%
)ガス混合物を用いた反応性イオンエッチングにより、(アライメントマークを
用いて)幅4ミクロンのリッジ導波管のちょうど上に幅2ミクロンの開口部を作
ることができる。
FIG. 6F illustrates patterning and etching of insulating layer 270 to form ridge 2.
5 shows a more localized portion of the wafer after removal of the portion of the insulating layer above 5 exposing regions 275 of underlying semiconductor material. CF 4 (98%) and O 2 (2%
A) A 2 micron wide opening can be created just above a 4 micron wide ridge waveguide (using alignment marks) by reactive ion etching with a gas mixture.

【0075】 上側のメタライゼーションの前に、半導体表面上のいかなる自然酸化物をも除
去するために、半導体表面を、低電力O2プラズマおよび緩衝フッ酸中で洗浄し 、脱イオン水ですすぎ、そして、窒素ガス中で乾燥させてもよい。
Prior to upper metallization, the semiconductor surface is rinsed in a low power O 2 plasma and buffered hydrofluoric acid and rinsed with deionized water to remove any native oxide on the semiconductor surface, And you may dry in nitrogen gas.

【0076】 同様に、ショルダ金属の堆積およびp−金属コンタクトの堆積の前に半導体表
面上のいかなる自然酸化物をも除去するために、低電力広面積アルゴンイオンビ
ームまたは低エネルギー低圧電子サイクロトロン共鳴(ECR)による連続的な
水素、窒素およびアルゴンプラズマを、真空中インサイチュで短時間の間用いて
もよい。
Similarly, to remove any native oxide on the semiconductor surface prior to the deposition of the shoulder metal and the deposition of the p-metal contact, a low power wide area argon ion beam or low energy low pressure electron cyclotron resonance ( A continuous hydrogen, nitrogen and argon plasma by ECR) may be used for a short period of time in situ in vacuum.

【0077】 図6Gは、ショルダ27aおよび27b(図1Cも参照)を規定するためにト
レンチ22および23の外側エッジに沿ってメタライゼーションを行った後のウ
エハのさらに局所的な部分を示す。
FIG. 6G shows a more localized portion of the wafer after metallization along the outer edges of trenches 22 and 23 to define shoulders 27a and 27b (see also FIG. 1C).

【0078】 図6Hは、領域275(リッジの頂部)と、トレンチ22の内面と、ショルダ
27aとを覆うコンタクト金属30を堆積させた後のウエハのさらに局所的な部
分を示す。この選択的メタライゼーションは、周知のプロセスに従って、フォト
リソグラフィおよび金属エッチングまたは金属リフトオフにより行われる。処理
のこの時点で、ボンディング金属35まで延びるコンタクト金属30だけがリッ
ジの頂上で半導体材料に接するが、コンタクト金属30は、絶縁層270(図6
E)によりトレンチ22の内面から絶縁されており、ショルダ27aおよび27
bが絶縁層270の上に載っていることが認識されるはずである。上記のように
、コンタクト金属30を、ショルダ27bを覆うように延ばすことも可能である
FIG. 6H shows a more localized portion of the wafer after depositing contact metal 30 covering region 275 (top of the ridge), the inner surface of trench 22 and shoulder 27a. This selective metallization is performed by photolithography and metal etching or metal lift-off according to well-known processes. At this point in the process, only the contact metal 30 that extends to the bonding metal 35 contacts the semiconductor material at the top of the ridge, but the contact metal 30 has an insulating layer 270 (FIG.
E), it is insulated from the inner surface of trench 22 by shoulders 27a and 27
It should be recognized that b rests on the insulating layer 270. As described above, the contact metal 30 can be extended so as to cover the shoulder 27b.

【0079】 ショルダ27aおよび27bと、コンタクト金属30とは、電子ビーム蒸着ま
たはスパッタリングのいずれかにより順次堆積される、それぞれ厚さ20nm、
60nm、および200nmの従来の(Ti/Pt/Au)金属を含んでいても
よい。これを、ショルダまたはコンタクトp−金属として使用することができる
。それぞれ厚さが順次20nm、40nm、40nm、および200nmである
改良されたスパッタリングされたp−金属コンタクト(Ti/TiN/Pt/A
u)を使用してもよい。
The shoulders 27 a and 27 b and the contact metal 30 are sequentially deposited by either electron beam evaporation or sputtering, each having a thickness of 20 nm,
60 nm and 200 nm of conventional (Ti / Pt / Au) metal may be included. This can be used as a shoulder or contact p-metal. An improved sputtered p-metal contact (Ti / TiN / Pt / A) with successive thicknesses of 20 nm, 40 nm, 40 nm, and 200 nm, respectively.
u) may be used.

【0080】 レーザダイオード装置の信頼性および寿命を向上するために、新規なメタライ
ゼーションスキームを使用することができる。コンタクトの金(Au)がリッジ
内に拡散することを防ぐために、Auと半導体との間に、TiNおよびPt層の
交互の4層構造を用いることができる。これは、レーザチップの動作寿命を大幅
に向上すると考えられる。
A new metallization scheme can be used to increase the reliability and lifetime of laser diode devices. To prevent the gold (Au) of the contacts from diffusing into the ridge, an alternating four-layer structure of TiN and Pt layers can be used between Au and the semiconductor. This is considered to greatly improve the operating life of the laser chip.

【0081】 次いで、ウエハを、薄くして(裏側をラッピングおよび研磨する)所望の寸法
にする。この寸法は、1つの実施例では、110ミクロンである。1つの実施例
では、裏側をメタライゼーションする前に、非常に脆いウエハの裏側の自然酸化
物を緩衝フッ酸中で除去し、脱イオン水で非常に慎重にすすぎ、そしてN2で乾 燥させて、すぐに、電子ビーム蒸着装置またはスパッタリングシステム内に入れ
て、裏側n−金属コンタクトを作ってもよい。n−金属コンタクト堆積物の堆積
前に半導体表面上のいかなる自然酸化物をも除去するために、低電力広面積アル
ゴンイオンビームまたは低エネルギー/低圧電子サイクロトロン共鳴(ECR)
による連続的な水素、窒素およびアルゴンプラズマを、真空中/インサイチュで
非常に短時間の間使用してもよい。
The wafer is then thinned (wrapped and polished on the back side) to the desired dimensions. This dimension is 110 microns in one embodiment. In one embodiment, the native oxide on the back side of the very fragile wafer is removed in buffered hydrofluoric acid, rinsed very carefully with deionized water, and dried with N 2 before metallizing the back side. Immediately, it may be placed in an electron beam evaporation apparatus or sputtering system to make a backside n-metal contact. Low power wide area argon ion beam or low energy / low pressure electron cyclotron resonance (ECR) to remove any native oxide on the semiconductor surface prior to deposition of the n-metal contact deposit
A continuous hydrogen, nitrogen and argon plasma may be used in vacuum / in situ for a very short time.

【0082】 裏側n+コンタクト金属層32(図1C)は、それぞれ厚さ5nm、25nm
、50nm、5nm、60nm、および200nmのNi/Ge/Au/Ni/
Ag/Auからなっていてもよい。これは、電子ビーム蒸着またはスパッタリン
グのいずれかにより順次堆積させることができ、非常に確実である。明らかにさ
らに確実な別の裏側メタライゼーションは、それぞれ厚さ20nm、5nm、5
nm、50nm、5nm、50nm、200nmの順次スパッタリングされたG
e/Au/Ni/WSi2/Ti/WSi2/Auメタライゼーションであっても
よく、これは、好適な構成であると考えられる。裏側n−金属コンタクトは、窒
素ガス環境中、325℃で高速熱合金化された。より優れたボンディングのため
に、追加のボンディング金属(Ti/Au50nm/200nm)を堆積させて
もよい。
The back side n + contact metal layer 32 (FIG. 1C) has a thickness of 5 nm and 25 nm, respectively.
, 50 nm, 5 nm, 60 nm, and 200 nm Ni / Ge / Au / Ni /
It may be made of Ag / Au. This can be deposited sequentially either by electron beam evaporation or sputtering and is very reliable. Clearly more reliable other backside metallizations are 20 nm, 5 nm, 5
nm, 50 nm, 5 nm, 50 nm, 200 nm sequentially sputtered G
e / Au / Ni / WSi 2 / Ti / WSi 2 / Au may be metallization, which is considered to be a preferred arrangement. The backside n-metal contact was rapidly thermal alloyed at 325 ° C. in a nitrogen gas environment. Additional bonding metal (Ti / Au 50 nm / 200 nm) may be deposited for better bonding.

【0083】 次いで、ウエハに罫書きし、そして切断してレーザバーにする。各レーザバー
は1/2mmの長さ(最終チップのレーザ共振器長)を有しているが、多数のウ
エハチップを含み、その場所でのウエハの幅と同じ幅である。1つの実施例では
、次に、レーザバーの放出面を、非常に低電力の広面積アルゴンイオンビームま
たは低エネルギーおよび低圧電子サイクロトロン共鳴(ECR)による連続的な
水素、窒素およびアルゴンプラズマで短時間洗浄し、レーザアレイの両面上のい
かなる自然酸化物をも、これらの面に結晶損傷を全く与えずに除去した。
Next, the wafer is scribed and cut into laser bars. Each laser bar has a length of 1/2 mm (laser cavity length of the last chip), but includes a number of wafer chips and is the same width as the width of the wafer at that location. In one embodiment, the emission surface of the laser bar is then briefly cleaned with a very low power, wide area argon ion beam or continuous hydrogen, nitrogen and argon plasma by low energy and low pressure electron cyclotron resonance (ECR). However, any native oxide on both sides of the laser array was removed without causing any crystal damage to these sides.

【0084】 この時点で、レーザバーの前面および後面を、反射防止コーティングでコーテ
ィングする。様々な実施例において、これらのコーティングは、耐久性のある密
な単一層ガリウムガドリニウムガーネット(GGG)またはSc23(酸化スカ
ンジウム)である。現在好ましい実施例であるものにおいては、多層Ta25
酸化タンタル)およびAl23(酸化アルミニウム)誘電体を、0.1%未満の
反射防止コーティングのために高い堆積温度で、イオンビーム促進電子ビーム蒸
着またはスパッタリングにより堆積させた。1つの実施例では、酸化タンタルお
よび酸化アルミニウムの厚さは、それぞれ120nmおよび136nmであった
。単一層GGGもしくはSc23または多層Ta25およびAl23の耐久性の
ある密なコーティングは、レーザチップの信頼性および寿命を高めることができ
る。
At this point, the front and back surfaces of the laser bar are coated with an anti-reflective coating. In various embodiments, these coatings are durable dense single-layer gallium gadolinium garnet (GGG) or Sc 2 O 3 (scandium oxide). In the presently preferred embodiment, the multilayer Ta 2 O 5 (
Tantalum oxide) and Al 2 O 3 (aluminum oxide) dielectrics, at high deposition temperatures for the antireflective coating is less than 0.1% was deposited by ion beam accelerated electron beam evaporation or sputtering. In one example, the thicknesses of tantalum oxide and aluminum oxide were 120 nm and 136 nm, respectively. A durable, dense coating of single layer GGG or Sc 2 O 3 or multiple layers of Ta 2 O 5 and Al 2 O 3 can increase the reliability and life of the laser chip.

【0085】 次いで、レーザバーに罫書きし、そして切断して個々のレーザチップにする。
4レーザ多波長DFBリッジレーザアレイチップのサイズは、約2mm×0.5
mm(8レーザチップの場合、4mm×0.5mm)であり、処理、テストおよ
び実装の間、損傷を受けやすい。このタイプの取り扱いによる損傷は、バーンイ
ン中に深刻な歩留まり損失を引き起こし得るとともに、この分野において信頼性
の問題点を引き起こし得る。有意の実験の後、ショルダ金属のオーバレイヤによ
って、この損傷を有意に最小限に抑えることができ、処理、テストおよび実装中
に活性層を損傷から保護することが分かった。
The laser bar is then scored and cut into individual laser chips.
The size of the 4-laser multi-wavelength DFB ridge laser array chip is about 2 mm x 0.5
mm (4 mm x 0.5 mm for 8 laser chips) and is susceptible to damage during processing, testing and mounting. Damage from this type of handling can cause severe yield loss during burn-in and can cause reliability problems in the field. After significant experimentation, it has been found that a shoulder metal overlayer can significantly minimize this damage and protect the active layer from damage during processing, testing and mounting.

【0086】 4.2 プロセスのまとめ レーザチップ製造工程を、以下のようにまとめることができる。これらの製造
工程のうち選択された製造工程を、上で図6A〜図6Hに関して説明した。
4.2 Summary of Process The laser chip manufacturing process can be summarized as follows. The manufacturing steps selected from these manufacturing steps have been described above with respect to FIGS. 6A-6H.

【0087】 1.多重量子井戸レーザ材料の設計、 2.エピタキシャル成長、 3.位相マスクによる多ピッチグレーティングの製造、 4.グレーティングの上での再成長、 5.グレーティングの場所の識別(フォトリソグラフィおよびエッチング)、 6.絶縁体(SiNxまたはSiO2)の堆積、 7.SiNxまたはSiO2アライメントマークの規定(フォトリソグラフィお
よびエッチング)、 8.SiNxまたはSiO2アライメントマークを用いてグレーティングの上の
リッジと分離トレンチとを規定(フォトリソグラフィおよびエッチング)、 9.低応力の密なコンフォーマルSiNxまたはSiO2またはシクロテンの堆
積、 10.リッジの頂部にSiNxまたはSiO2またはシクロテンのコンタクト開
口部(フォトリソグラフィおよびエッチング)、 11.ショルダ金属の規定(フォトリソグラフィおよびエッチングまたはリフ
トオフ)、 12.リッジの頂部に確実なコンタクト金属を規定(フォトリソグラフィおよ
びエッチングまたはリフトオフ)、 13.p−金属ステップカバレッジを向上するためのAuめっき、 14. 基板のラッピング/薄層化および研磨、 15.薄くした基板の表面処理、 16.裏側のメタライゼーション、 17.金属合金化、 18.ウエハに罫書きをしてレーザバーにする、 19.性能および信頼性を向上するためにレーザバーの面をコーティングする
、そして 20.レーザバーに罫書きをしてレーザチップにする。
1. 1. Design of multiple quantum well laser materials; 2. epitaxial growth; 3. production of a multi-pitch grating using a phase mask; 4. Regrowth on the grating; 5. Identification of the location of the grating (photolithography and etching); 6. deposition of insulator (SiN x or SiO 2 ); 7. Definition of SiN x or SiO 2 alignment marks (photolithography and etching); 8. Defining ridges and isolation trenches above the grating using SiN x or SiO 2 alignment marks (photolithography and etching); 9. deposition of low stress, dense conformal SiN x or SiO 2 or cyclothene; Contact openings SiN x or SiO 2 or Cyclotene® on top of the ridge (photolithography and etching), 11. 11. definition of shoulder metal (photolithography and etching or lift-off); 12. Define secure contact metal on top of ridge (photolithography and etching or lift-off); 13. Au plating to improve p-metal step coverage; 14. lapping / thinning and polishing of the substrate; 15. Surface treatment of thinned substrate; 16. backside metallization, Metal alloying, 18. 18. Scribing the wafer to make a laser bar; Coating the surface of the laser bar to improve performance and reliability, and 20. Mark the laser bar to make a laser chip.

【0088】 4.3 具体的なレーザ構造 特定の実施形態の多重量子井戸(MQW)分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)
InP/InGaAsP材料構造は、DFBリッジレーザアレイの応用のために
十分に最適化される(組成および厚さ)。埋め込み型ヘテロ構造レーザでは活性
層の幅は約1ミクロンであるのに対し、リッジレーザの活性層の幅は3ミクロン
である。リッジレーザの活性層をわずかに変更しても、WDMの応用の波長精度
は大幅には変わらない。リッジレーザの場合、エッチングは、活性層の上で止め
られ、埋め込み型ヘテロ構造の場合、活性層は、完全にエッチングされる。従っ
て、リッジレーザは、より優れた信頼性およびより高い波長収量とを提供する傾
向がある。しかし、リッジレーザの望ましくないしきい値電流が、埋め込み型ヘ
テロ構造よりも高いことに注目されたい。量子井戸は、1%の圧縮歪みであり、
バリアは、1%の引っ張り歪みである。この歪み補償は、より高い信頼性を提供
するとともに、レーザアレイダイ装置の寿命を向上する。別個の閉じ込め層の厚
さおよび組成はまた、最適なグレーティング結合、より高いビットレートの装置
、および、単一モード光ファイバに結合するためのレーザアレイ装置の最適な遠
視野像、のために最適化される。
4.3 Specific Laser Structure Specific Quantum Well (MQW) Separated Confinement Heterostructure (SCH)
The InP / InGaAsP material structure is fully optimized (composition and thickness) for DFB ridge laser array applications. In a buried heterostructure laser, the active layer has a width of about 1 micron, whereas the active layer of a ridge laser has a width of 3 microns. Slight changes to the active layer of the ridge laser do not significantly change the wavelength accuracy of WDM applications. In the case of a ridge laser, the etching is stopped above the active layer, and in the case of a buried heterostructure, the active layer is completely etched. Therefore, ridge lasers tend to provide better reliability and higher wavelength yield. However, note that the undesirable threshold current of the ridge laser is higher than that of the buried heterostructure. The quantum well has a 1% compressive strain,
The barrier is 1% tensile strain. This distortion compensation provides higher reliability and improves the life of the laser array die device. The thickness and composition of the separate confinement layers are also optimized for optimal grating coupling, higher bit rate devices, and optimal far-field imaging of laser array devices for coupling to single mode optical fibers. Be transformed into

【0089】 多重量子井戸(MQW)分離閉じ込めヘテロ構造(SCH)レーザチップの特
定の実現を、以下の表1〜表4に示す。
Specific implementations of multiple quantum well (MQW) isolated confinement heterostructure (SCH) laser chips are shown in Tables 1-4 below.

【0090】[0090]

【表1】 [Table 1]

【0091】[0091]

【表2】 [Table 2]

【0092】[0092]

【表3】 [Table 3]

【0093】[0093]

【表4】 上に示される2つの設計の主な相違点は、グレーティング層(設計#1では単一
の層5であり、設計#2では層6および7である)の厚さにある。設計#2の合
わせた厚さ(0.17ミクロン)とは異なり、設計#1のより薄い層(0.10
ミクロン)は、より速い装置速度を提供する傾向があるが、より出力光をファイ
バに結合しにくい傾向がある。
[Table 4] The main difference between the two designs shown above is in the thickness of the grating layers (single layer 5 in design # 1 and layers 6 and 7 in design # 2). Unlike the combined thickness of design # 2 (0.17 microns), the thinner layer of design # 1 (0.10 micron)
Microns) tend to provide faster device speeds, but tend to couple less output light into the fiber.

【0094】 5.0 レーザチップモジュール 5.1 モジュールの概要 図7Aおよび図7Bはそれぞれ、実装されたモジュール300内に組み込まれ
たレーザチップ10を示す上断面図および側断面図であり、ほぼ一定の縮尺で描
かれている。好適なパッケージは、高速マルチ光ファイバポート「バタフライス
タイル」高速セラミックパッケージである。示された特定のパッケージは、50
ミルずつ間隔があけられたピンを有する。適切なパッケージは、カリフォルニア
州アリソビエジョ(Aliso Viejo)にあるKyocera Amer
ica,Inc.など、多数の民間ベンダから得ることができる。
5.0 Laser Chip Module 5.1 Outline of Module FIGS. 7A and 7B are an upper cross-sectional view and a side cross-sectional view showing the laser chip 10 incorporated in the mounted module 300, respectively. It is drawn to scale. A preferred package is a high speed multi-fiber port "butterfly style" high speed ceramic package. The specific package shown is 50
It has pins spaced by mills. A suitable package is Kyocera Amer, located in Aliso Viejo, California.
ica, Inc. And can be obtained from a number of private vendors.

【0095】 本実施形態では、レーザドライバチップ(図示せず)はモジュールの外側にあ
り、バイアスティ(図示せず)によりDCバイアスに重畳されるレーザドライバ
チップのRF変調信号は、基板307上の金属トレースとして実現されるRF/
DC伝送線305を介してレーザに伝達される。1つの実施例では、変調電流は
、65maのオーダであるが、DCバイアス電流は、25maのオーダである。
この実現は、簡略化されたRF/DC遮蔽スキームを示しており、RF/DC伝
送線305は、接地線310によって境界が定められ、これらの接地線310自
体はまた、基板を通って裏側接地面315まで延びるバイアホールを有する基板
307上のトレースとして実現される。伝送線および接地線は、一定の幅であっ
てもよく、または、最適なインピーダンス整合および最小の反射減衰量をを得る
ために、図7Cに示されるように、1本以上がテーパ状になっていてもよい。
In the present embodiment, the laser driver chip (not shown) is outside the module, and the RF modulation signal of the laser driver chip superimposed on the DC bias by the bias tee (not shown) RF / realized as metal trace
It is transmitted to the laser via the DC transmission line 305. In one embodiment, the modulation current is on the order of 65 ma, while the DC bias current is on the order of 25 ma.
This implementation illustrates a simplified RF / DC shielding scheme, where the RF / DC transmission lines 305 are bounded by ground lines 310, which themselves also contact the backside through the substrate. Implemented as traces on substrate 307 with via holes extending to ground 315. The transmission and ground lines may be of constant width, or one or more may be tapered, as shown in FIG. 7C, for optimal impedance matching and minimal return loss. May be.

【0096】 モジュール内のさらなるエレメントは、レーザチップ10の両側に配置される
サーミスタ対320aおよび320bと、PINフォトダイオード325と、基
板の裏側に取り付けられる高除熱能力熱電冷却装置(TEC)330と、を含む
Additional elements within the module include a thermistor pair 320a and 320b located on either side of the laser chip 10, a PIN photodiode 325, and a high heat removal thermoelectric cooler (TEC) 330 mounted on the back side of the substrate. ,including.

【0097】 サーミスタは、温度検知回路(図示せず)に結合され、温度検知回路は、温度
制御回路(図示せず)に信号を提供し、温度制御回路は、TEC330に適切な
電圧を提供して、安定した動作のための所望の検知温度を維持する。PINフォ
トダイオードは、後面を通して放出された平均光パワーを表す信号を提供するた
めの後面モニタである。本実施形態では、グレーティング上にλ/4位相シフト
領域があり、前面および後面が非常に透明であり、グレーティングは、フィード
バックメカニズムを提供する。従って、前面および後面を通る光パワーは、同じ
でなければならず、後面測定は、前面を通って放出される光パワーを表す測定値
を提供する。
The thermistor is coupled to a temperature sensing circuit (not shown), which provides a signal to a temperature control circuit (not shown), which provides an appropriate voltage to TEC 330. Thus, a desired detection temperature for stable operation is maintained. The PIN photodiode is a rear surface monitor to provide a signal representative of the average light power emitted through the rear surface. In this embodiment, there is a λ / 4 phase shift region on the grating, the front and back surfaces are very transparent, and the grating provides a feedback mechanism. Thus, the light power through the front and back surfaces must be the same, and the back surface measurement provides a measure of the light power emitted through the front surface.

【0098】 基板307は、好ましくは、AlNなどの高効率熱スプレッダであり、この熱
スプレッダは次いで、ダイアモンドなどの別の高効率熱スプレッダにボンディン
グされ、次いで、正確な温度制御のためにTEC330上にボンディングされる
。マイクロ波伝送線を組み込む薄膜基板は、同じ熱スプレッダであってもよく、
共通の熱スプレッダ上にボンディングされる(マイクロ波伝送線を組み込む)適
切な別個の基板であってもよい。このアプローチでは、レーザモジュールパッケ
ージの外側の別個の印刷回路板上にレーザドライバチップを配置することが可能
である。
The substrate 307 is preferably a high efficiency heat spreader, such as AlN, which is then bonded to another high efficiency heat spreader, such as diamond, and then on the TEC 330 for accurate temperature control. Bonding. The thin film substrate incorporating the microwave transmission line may be the same heat spreader,
There may be a suitable separate substrate (embedding the microwave transmission lines) bonded on a common heat spreader. In this approach, it is possible to place the laser driver chip on a separate printed circuit board outside the laser module package.

【0099】 レーザチップ10の個々のレーザから出力される光を受け取り、そして、光を
、ファイバ管対342aおよび342bを通してモジュールの外側に運ぶ光ファ
イバ340a〜dもまた、図に示される。各管は、ファイバ対を収容する。一旦
モジュールの外側に出ると、ファイバは、波長マルチプレクサなどの外部光学素
子に結合されてもよい。
[0099] Optical fibers 340a-d that receive light output from the individual lasers of laser chip 10 and carry the light out of the module through fiber tube pairs 342a and 342b are also shown in the figure. Each tube contains a fiber pair. Once out of the module, the fiber may be coupled to external optics, such as a wavelength multiplexer.

【0100】 図7Cは、ファイバをパッケージの外に通じさせるための別の構成を示す、3
00’で示されるモジュールの部分上面図である。現在の実現を表すこの実現で
は、図7Aおよび図7Bに示される管対342aおよび342bではなく、すべ
てのファイバを収容する単一の管345が用いられる。
FIG. 7C shows another configuration for passing the fiber out of the package.
It is a partial top view of the module shown by 00 '. In this implementation, which represents the current implementation, a single tube 345 containing all the fibers is used instead of the tube pairs 342a and 342b shown in FIGS. 7A and 7B.

【0101】 図8Aは、レーザチップモジュールおよびその外部光接続の別の実現を示す上
平面図である。この図では、明瞭さのために、様々なエレメントのサイズが誇張
されて描かれている。図7Aおよび図7Bの実現のエレメントに対応するエレメ
ントは、同じ参照番号で示される。この図に示される実現は、ここでは参照番号
350で示されるRF/DC伝送線に、より高度な分離スキームを使用する。
FIG. 8A is a top plan view showing another realization of the laser chip module and its external optical connection. In this figure, the sizes of the various elements are exaggerated for clarity. Elements that correspond to elements of the realization of FIGS. 7A and 7B are denoted by the same reference numerals. The implementation shown in this figure uses a more advanced isolation scheme for the RF / DC transmission line, here designated by reference numeral 350.

【0102】 尚、レーザチップは、表を下にして基板307に取り付けられることに留意さ
れたい。レーザチップ10の各レーザ場所の下にある電極構造は、ボンディング
電極355および360を含む。ボンディング電極355は、バイア(別個には
図示せず)により、接地面315に連通する。レーザチップ10の裏側は、ボン
ディング電極355にワイヤボンディングされ、裏側接地をもたらす。ボンディ
ング電極360は、レーザチップのボンディング金属35がボンディングされる
大きい部分と、RF/DC伝送線350の活性電極の端部にワイヤボンディング
される小さい部分とを含む。
Note that the laser chip is mounted face down on the substrate 307. The electrode structure under each laser location on the laser chip 10 includes bonding electrodes 355 and 360. Bonding electrode 355 communicates with ground plane 315 by vias (not separately shown). The back side of the laser chip 10 is wire bonded to the bonding electrode 355 to provide the back side ground. The bonding electrode 360 includes a large portion to which the bonding metal 35 of the laser chip is bonded and a small portion to be wire-bonded to the end of the active electrode of the RF / DC transmission line 350.

【0103】 5.2 マイクロ波遮蔽 レーザを高ビットレートで変調するために、レーザのインピーダンスをレーザ
ドライバチップに合わせることが好ましい。RF/DC信号線は、レーザドライ
バのインピーダンスに合わされ、適切な薄膜抵抗器で終端される。さらに、上記
のように、個々のレーザを駆動する異なる信号チャネル間のクロストークを回避
するために、様々なRF/DC信号線間に、ある程度の電気絶縁を提供すること
が望ましい。図7Aに示される実施形態では、RF/DC伝送線305間に接地
線を挿入することにより、分離が提供される。より積極的な分離スキームは図8
Aに示され、ここでは、基板307上の金属伝送線は、実際に部分同軸シールド
としての役割を果たすアーチの連続を提供する、接地された空気架橋U字型ワイ
ヤを有する。
5.2 Microwave Shielding In order to modulate the laser at a high bit rate, it is preferable to match the impedance of the laser to the laser driver chip. The RF / DC signal line is matched to the impedance of the laser driver and terminated with a suitable thin film resistor. Further, as noted above, it is desirable to provide some electrical isolation between the various RF / DC signal lines to avoid crosstalk between different signal channels driving individual lasers. In the embodiment shown in FIG. 7A, isolation is provided by inserting a ground line between the RF / DC transmission lines 305. Figure 8 shows a more aggressive separation scheme.
A, where the metal transmission line on the substrate 307 has a grounded air bridge U-shaped wire that provides a continuum of arches that actually serves as a partial coaxial shield.

【0104】 図8Bは、基板307に沿って走る金属トレース380であって、それぞれの
側にメタライズされたバイアホール382aおよび382bを有する金属トレー
ス380を示す部分詳細図である。ホール対は、信号トレース380の長さに沿
って繰り返され、遮蔽を提供する。
FIG. 8B is a partial detail view showing metal traces 380 running along substrate 307 having metalized via holes 382a and 382b on each side. The hole pairs are repeated along the length of the signal trace 380 to provide shielding.

【0105】 図8Cは、これをさらに改良したものであり、金属トレースの下にある基板の
領域がエッチングされて、誘電体385が充填されるチャネルを形成しており、
誘電体膜387が、誘電体充填チャネル385のエッジのわずかに外側に延びて
いる。
FIG. 8C is a further refinement of this where the area of the substrate below the metal traces has been etched to form a channel filled with dielectric 385,
A dielectric film 387 extends slightly outside the edge of the dielectric fill channel 385.

【0106】 マイクロ波基板材料は、高周波数(5GHz〜20GHz)および高電力(1
ワット〜10ワット)の応用の場合、熱伝導性で低損失である。レーザチップは
、金−スズはんだを用い、(例えば、典型的な層厚40/60/2000/40
/100/40/3000nmのTi/Pt/Au/Ti/Pt/TiN/Ti
/AuSn)の低応力メタライゼーションを用いてマイクロ波基板上にボンディ
ングされる。10GHzまでのマイクロ波シミュレーションでは、クロストーク
が約−35dBであることを示す。
The microwave substrate material has a high frequency (5 GHz to 20 GHz) and a high power (1 GHz).
(Watts to 10 Watts) applications are thermally conductive and low loss. The laser chip uses gold-tin solder (for example, a typical layer thickness of 40/60/2000/40).
/ 100/40/3000 nm Ti / Pt / Au / Ti / Pt / TiN / Ti
/ AuSn) using low stress metallization on the microwave substrate. Microwave simulations up to 10 GHz show that the crosstalk is about -35 dB.

【0107】 5.3 外部光学インタフェース 代表的な光学スキームでは、各レーザの出力は、ファイバ340a〜dの1つ
に結合される。光学モード不一致のため、レーザアレイへの単一モード光ファイ
バピグテールは、レーザアレイへのマルチモード光ファイバピグテールよりもは
るかに困難であるため、マイクロレンズアレイを用いて、レーザの出力をファイ
バに結合する。従って、コリメートレンズ370によって、各レーザの出力が集
められて平行にされ、集束レンズ372が、平行にされた光をファイバに集束す
る。図は、波長マルチプレクサ375のそれぞれの入力ポートに溶融接着された
ファイバ340a〜dをさらに示す。マルチプレクサ375の出力ポートは、レ
ーザチップへの後方反射を減らすために、複合分離ブロックに溶融接着されるも
のとして示される。分離ブロックは、光アイソレータ395の両側にレンズ対3
90および392を有するものとして示される。光は、レンズ392により、フ
ァイバのセグメント397の端部に集束される。セグメント397は、標準のフ
ァイバコネクタ390に接続される。
5.3 External Optical Interface In a typical optical scheme, the output of each laser is coupled to one of the fibers 340a-d. Couple the output of the laser to the fiber using a microlens array because single-mode fiber pigtails to the laser array are much more difficult than multimode fiber pigtails to the laser array due to optical mode mismatch I do. Thus, the output of each laser is collected and collimated by the collimating lens 370, and the focusing lens 372 focuses the collimated light onto the fiber. The figure further shows fibers 340a-d fused to the respective input ports of wavelength multiplexer 375. The output port of the multiplexer 375 is shown as being melt bonded to the composite isolation block to reduce back reflection to the laser chip. The separation block includes three lens pairs on both sides of the optical isolator 395.
It is shown as having 90 and 392. Light is focused by lens 392 to the end of a segment 397 of the fiber. Segment 397 is connected to a standard fiber connector 390.

【0108】 図8Dは、別の外部構成を示す部分斜視図であり、図8Aに示される複合分離
ブロックの代わりに、インライン光アイソレータ395が使用される。
FIG. 8D is a partial perspective view showing another external configuration, and an in-line optical isolator 395 is used instead of the composite separation block shown in FIG. 8A.

【0109】 5.4 モジュール内部にレーザドライバを有する構成 図9は、300”で示されるレーザチップモジュールの別の構成の分解斜視図
である。この図もまた、一定の縮尺で示されていない。図7A、図7B、および
図8Aの実現のエレメントに対応するエレメントは、同じ参照番号で示される。
この実現では、410で示されるレーザドライバチップは、モジュール内でレー
ザチップ10に非常に近接して(2mm未満)配置される。
5.4 Configuration with Laser Driver Inside Module FIG. 9 is an exploded perspective view of another configuration of the laser chip module, indicated at 300 ″. This figure is also not shown to scale. Elements that correspond to elements of the implementation of Figures 7A, 7B, and 8A are designated by the same reference numerals.
In this implementation, the laser driver chip, indicated at 410, is located very close to the laser chip 10 (less than 2 mm) in the module.

【0110】 この構成は、レーザモジュールが非常にコンパクトであるという利点を有する
。しかし、レーザドライバチップは、大量の熱を発生し得るため、このようにレ
ーザチップに非常に近接していると(2mm)、正確なレーザ温度制御のために
TEC330を使用するにも拘わらず、レーザドライバから発生した熱が多波長
レーザチップの熱および光学パラメータに影響を及ぼし得る。この問題点を解決
するために、レーザチップおよびレーザドライバのための別個の熱経路を使用し
た。従って、レーザドライバチップは、別個の熱スプレッダ420に取り付けら
れ、この熱スプレッダ420は、熱分離素子425の組により、基板307に取
り付けられる。
This arrangement has the advantage that the laser module is very compact. However, the laser driver chip can generate a large amount of heat, so in this close proximity (2 mm) to the laser chip, despite the use of the TEC 330 for accurate laser temperature control. Heat generated from the laser driver can affect the thermal and optical parameters of the multi-wavelength laser chip. To solve this problem, separate thermal paths for the laser chip and laser driver were used. Accordingly, the laser driver chip is mounted on a separate heat spreader 420, which is mounted on the substrate 307 by a set of thermal isolation elements 425.

【0111】 5.5 レーザドライバ 多波長DFBレーザアレイは、レーザのための共通基板(InP)を有する。
従って、個々のレーザを駆動するのは、この共通カソード構成のため、困難であ
る。これは、外部電流ミラー回路とともに市販のレーザドライバ回路を使用する
ことにより解決することができる。この外部電流ミラー回路は、電流源としての
役割を果たすとともに、レーザダイオードのカソードが接地電位になることを可
能にする。
5.5 Laser Driver Multi-wavelength DFB laser arrays have a common substrate (InP) for lasers.
It is therefore difficult to drive individual lasers due to this common cathode configuration. This can be solved by using a commercially available laser driver circuit with an external current mirror circuit. This external current mirror circuit serves as a current source and allows the cathode of the laser diode to be at ground potential.

【0112】 図10Aは、レーザチップにおいて、レーザの1つ、例えばレーザ10aに接
続されるバイアス回路455とともに、市販で入手可能なレーザドライバ回路4
50を示す。この実現では、バイアス回路455は電流源であり、電流ミラーと
して構成されるPNP駆動トランジスタが、この電流源としての役割を果たす。
電流源は、最大動作電流をレーザに供給する。レーザドライバ出力トランジスタ
がオンであるとき、レーザへの電流は、このトランジスタを通る分流により低減
される。これにより、光学信号が、レーザドライバ回路から通常得られる光学信
号に関して反転される。従って、オフ状態のレーザ電流は、電流源の電流と、レ
ーザドライバの電流との差である。上記アプローチは、n+基板上に作製された
レーザダイオードを駆動するコスト効率がよく効率的な方法を表す。
FIG. 10A shows a commercially available laser driver circuit 4 with a bias circuit 455 connected to one of the lasers, for example, the laser 10a, in the laser chip.
50 is shown. In this implementation, the bias circuit 455 is a current source, and a PNP drive transistor configured as a current mirror serves as this current source.
The current source supplies a maximum operating current to the laser. When the laser driver output transistor is on, the current to the laser is reduced by shunting through this transistor. This causes the optical signal to be inverted with respect to the optical signal normally obtained from the laser driver circuit. Therefore, the off-state laser current is the difference between the current of the current source and the current of the laser driver. The above approach represents a cost-effective and efficient way of driving a laser diode fabricated on an n + substrate.

【0113】 図10Bは、455’で示されるバイアス回路が誘導子および抵抗器を含む別
のアプローチを示す。このアプローチは、活性構成要素が回避されるべきである
場合に適切である。
FIG. 10B shows another approach in which the bias circuit shown at 455 ′ includes an inductor and a resistor. This approach is appropriate where active components are to be avoided.

【0114】 適切に選択されたバイアス値とともに、レーザドライバ回路への既存のフィー
ドバック制御入力も用いることができる。この回路は、優れた駆動能力を提供す
るだけではなく、望まれる場合には、この応用において既存のドライバの使用を
可能にする。
An existing feedback control input to the laser driver circuit can be used, as well as an appropriately selected bias value. This circuit not only provides excellent driving capability, but also allows the use of existing drivers in this application, if desired.

【0115】 6.0 システムアプリケーション 本発明の多波長レーザチップは、WDMシステムアプリケーションにおいて多
くの利点を提供する。上記のように、個別のレーザチップは、温度の関数として
調整された個々の波長を有し得る。しかし、波長モニタリングに費用がかかるた
め、WDMシステムにおいて波長のサブセットをモニタすることにより、倹約さ
れる場合もある。多波長レーザチップの個々のレーザが、同一条件下で製造され
、密結合条件下で動作するのであれば、多波長チップのレーザのうち1つのレー
ザだけの波長をモニタすることが、個別のレーザの波長のサブセットをモニタす
るよりも、適切で且つ信頼性がある可能性が高い。
6.0 System Application The multi-wavelength laser chip of the present invention offers many advantages in WDM system applications. As mentioned above, individual laser chips may have individual wavelengths tuned as a function of temperature. However, due to the expense of wavelength monitoring, monitoring a subset of wavelengths in a WDM system may be spared. If the individual lasers of a multi-wavelength laser chip are manufactured under the same conditions and operate under tightly coupled conditions, monitoring the wavelength of only one of the lasers of the multi-wavelength chip can be achieved by monitoring the individual lasers. It is likely to be more appropriate and reliable than monitoring a subset of the wavelengths.

【0116】 図11は、大都市圏電話網における多波長レーザアレイモジュールの実施形態
を示し、図12は、ローカルエリアネットワークにおける多波長レーザアレイモ
ジュールの実施形態を示す。これらは、本発明の多波長レーザチップの可能なシ
ステム展開を代表するものであるにすぎない。
FIG. 11 shows an embodiment of a multi-wavelength laser array module in a metropolitan telephone network, and FIG. 12 shows an embodiment of a multi-wavelength laser array module in a local area network. These are only representative of the possible system deployment of the multi-wavelength laser chip of the present invention.

【0117】 7.0 参考文献 米国特許文献(本明細書において、参考として援用する): 特許番号 著者 譲受人 US 4,517,280 1985 Okamotoら Sumitomo US 4,748,132 1988 Fukuzawaら Hitachi US 4,846,552 1989 Vieldkampら US Air Force US 5,413,884 1995 Kochら AT&T 外国特許文献(本明細書において、参考として援用する): 323845410/1991 日本 特許以外の刊行物(本明細書において、参考として援用する): 1.M.Okaiら、「Novel method to fabricat
e corrugation for a 1/4−shifted dist
ributed feedback laser using a grati
ng photo mask」、Applied Physics Lette
r 55(5)、31 July 1989、pp.415−417。
[0117] 7.0 (herein, incorporated by reference) references the United States Patent Document: Patent Number year author assignee US 4,517,280 1985 Okamoto et al Sumitomo US 4,748,132 1988 Fukuzawa et al Hitachi US 4,846,552 1989 Vieldkamp et al. US Air Force US 5,413,884 1995 Koch et al. AT & T Foreign Patent Literature (herein incorporated by reference): 323845410/1991 Japan Non-Patent Publications (herein incorporated by reference): M. Okai et al., "Novel method to fabricat."
e correlation for a 1 / 4-shifted dist
ribbed feedback laser using a grati
ng photo mask ”, Applied Physics Lette
r 55 (5); 415-417.

【0118】 2.C.E.Zahら、「1.5 mm compressive stra
ined multiquantum well 20−wavelength
distributed feedback laser arrays」、
Electronics Letters 28、23 April 1992
、pp.824−826。
[0118] 2. C. E. FIG. Zah et al., “1.5 mm compressive stra
ined multiquantum well 20-wavelength
distributed feedback laser arrays ",
Electronics Letters 28, 23 April 1992
Pp. 824-826.

【0119】 3.D.Tennantら、「Characterization of n
ear−field holography gratings mask f
or optoelectronics fabricated by ele
ctron beam lithography」、Journal of V
ac.Technology B 10、November/December
1992、pp.2530−2535。
[0119] 3. D. Tennant et al., "Characterization of n.
ear-field holography gratings mask f
or optoelectronics fabricated by element
ctron beam lithography ", Journal of V
ac. Technology B 10, November / December
1992; 2530-2535.

【0120】 4.G.Pakulskiら、「Fused silica mask fo
r printing uniform and phase adjuste
d gratings for distributed feedback
lasers」、Applied Physics Letter 62(3)
、18 January 1993、pp.222−224。
[0120] 4. G. FIG. Pakulski et al., "Fused silica mask fo
r printing uniform and phase adjust
d gratings for distributed feedback
lasers ", Applied Physics Letter 62 (3)
, 18 January 1993, pp. 222-224.

【0121】 5.Howardら、IEEE Transactions of Elec
tron Devices ED−28(11)1981、pp.1378−1
381。
[0120] 5. Howard et al., IEEE Transactions of Elec.
tron Devices ED-28 (11) 1981, pp. 1378-1
381.

【0122】 8.0 結論 結論として、本発明が、多波長半導体レーザチップおよびモジュールの製造コ
ストを削減する洗練された技術を提供することが分かる。本発明は、これらの利
点を、概して、公知の半導体処理技術の範囲内で提供する。垂直照射とともに位
相マスクを使用することにより、非常に微細な特徴を作り出すことを可能にしな
がら、グレーティング構成において大きな柔軟性を提供する。
8.0 Conclusion In conclusion, it can be seen that the present invention provides a sophisticated technique for reducing the manufacturing costs of multi-wavelength semiconductor laser chips and modules. The present invention provides these advantages generally within known semiconductor processing techniques. The use of a phase mask with perpendicular illumination provides great flexibility in grating construction while allowing very fine features to be created.

【0123】 上記説明は、本発明の特定の実施形態の完全な説明であるが、様々な改変、別
の構成、および等価物を使用してもよい。従って、上記説明は、特許請求の範囲
によって規定される本発明の範囲を制限するものとしてとらえられるべきではな
い。
While the above description is a complete description of particular embodiments of the present invention, various modifications, alternative constructions, and equivalents may be used. Therefore, the above description should not be taken as limiting the scope of the invention, which is defined by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1A】 本発明の4レーザの実施形態による多波長分布帰還型(DFB)リッジレーザ
アレイを示す。
FIG. 1A shows a multi-wavelength distributed feedback (DFB) ridge laser array according to a four laser embodiment of the present invention.

【図1B】 8レーザの実施形態を示す。FIG. 1B shows an eight laser embodiment.

【図1C】 アレイ中のDFBリッジレーザのうちの1つのより詳細な図である。FIG. 1C is a more detailed view of one of the DFB ridge lasers in the array.

【図2A】 二値強度マスクの構造および動作を示す。FIG. 2A shows the structure and operation of a binary intensity mask.

【図2B】 π位相シフト位相マスクの構造および動作を示す。FIG. 2B shows the structure and operation of a π phase shift phase mask.

【図3A】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3A shows a manufacturing step of a first method of manufacturing a π phase shift phase mask.

【図3B】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3B shows a manufacturing step of a first method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図3C】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3C shows a manufacturing step of a first method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図3D】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3D shows a manufacturing step of a first method of manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図3E】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3E shows a manufacturing step of a first method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図3F】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3F shows a manufacturing step of a first method of manufacturing a π phase shift phase mask.

【図3G】 π位相シフト位相マスクを作製する第1の方法の製造工程を示す。FIG. 3G shows a manufacturing step of a first method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4A】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4A shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4B】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4B shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4C】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4C shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4D】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4D shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4E】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4E shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4F】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4F shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図4G】 π位相シフト位相マスクを作製する第2の方法の製造工程を示す。FIG. 4G shows a manufacturing step of a second method for manufacturing a π-phase shift phase mask.

【図5A】 基板を露光するためのπ位相シフト位相マスクの使用を示す。FIG. 5A illustrates the use of a π-phase shifted phase mask to expose a substrate.

【図5B】 π位相シフト位相マスクを用いて作製することができる定ピッチおよび可変ピ
ッチの直線およびカーブグレーティングを示す。
FIG. 5B shows constant pitch and variable pitch linear and curve gratings that can be fabricated using a π phase shift phase mask.

【図5C】 カーブグレーティングの応用を示す。FIG. 5C shows an application of a curve grating.

【図5D】 カーブグレーティングの応用を示す。FIG. 5D shows an application of a curve grating.

【図6A】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6A shows a manufacturing step of a laser chip manufacturing method.

【図6B】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6B shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図6C】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6C shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図6D】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6D shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図6E】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6E shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図6F】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6F shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図6G】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6G shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図6H】 レーザチップ作製方法の製造工程を示す。FIG. 6H shows a manufacturing step of the laser chip manufacturing method.

【図7A】 レーザチップモジュールの上断面図である。FIG. 7A is a top sectional view of a laser chip module.

【図7B】 レーザチップモジュールの側断面図である。FIG. 7B is a side sectional view of the laser chip module.

【図7C】 テーパ状になった伝送線を示す。FIG. 7C shows a tapered transmission line.

【図7D】 別のファイバ管構成を示す部分上面図である。FIG. 7D is a partial top view showing another fiber tube configuration.

【図8A】 レーザチップモジュールの追加の実現を示す上平面図である。FIG. 8A is a top plan view showing an additional realization of a laser chip module.

【図8B】 RF/DC伝送線の分離の実現の詳細図である。FIG. 8B is a detailed view of an implementation of RF / DC transmission line separation.

【図8C】 RF/DC伝送線の分離の実現の詳細図である。FIG. 8C is a detailed diagram of an implementation of RF / DC transmission line separation.

【図8D】 別の外部光分離スキームを示す部分上平面図である。FIG. 8D is a partial top plan view illustrating another external light separation scheme.

【図9】 レーザチップモジュールの別の実施形態を示す分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view showing another embodiment of the laser chip module.

【図10A】 レーザの駆動システムを示す概略回路図である。FIG. 10A is a schematic circuit diagram showing a laser driving system.

【図10B】 レーザアレイを電気的に駆動する別のスキームを示す。FIG. 10B shows another scheme for electrically driving a laser array.

【図11】 大都市圏電話網における多波長レーザアレイモジュールの実施形態を示す。FIG. 11 illustrates an embodiment of a multi-wavelength laser array module in a metropolitan telephone network.

【図12】 ローカルエリアネットワークにおける多波長レーザアレイモジュールの実施形
態を示す。
FIG. 12 illustrates an embodiment of a multi-wavelength laser array module in a local area network.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年5月19日(2000.5.19)[Submission date] May 19, 2000 (2000.5.19)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/40 521 H01L 21/302 B (31)優先権主張番号 09/031,496 (32)優先日 平成10年2月26日(1998.2.26) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),CA,JP,U S Fターム(参考) 2H095 BB03 BB09 BB10 2H096 AA25 AA28 EA06 EA08 EA23 HA23 2H097 AA03 CA11 CA16 LA10 LA17 5F004 BA04 BA11 BA13 BA14 DA00 DA01 DA04 DA23 DA24 DA25 DA26 DB19 DB22 EB04 5F073 AA22 AA45 AA64 AA74 AA77 AB06 BA02 CA07 CA12 CB22 DA25 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) G03F 7/40 521 H01L 21/302 B (31) Priority claim number 09 / 031,496 (32) Priority date February 26, 1998 (Feb. 26, 1998) (33) Priority Claimed States United States (US) (81) Designated States EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), CA, JP, USF terms (reference) 2H095 BB03 BB09 BB10 2H096 AA25 AA28 EA06 EA08 EA23 HA23 2H097 AA03 CA11 CA16 LA10 LA17 5F004 BA04 BA11 BA13 BA14 DA00 DA01 DA04 DA23 DA24 DA25 DA26 DB19 DB22 EB04 5F073 AA22 AA45 AA64 AA74 AA77 AB06 BA02 CA07 CA12 CB22 DA25

Claims (50)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 特定の波長の光とともに使用される位相マスクを形成する方
法であって、 上に位相シフト材料層を有する基板を設ける工程と、 該位相シフト材料層をレジスト材料でコーティングする工程と、 電子ビームまたはイオンビームリソグラフィを用いて該レジスト材料をパター
ニングし、サブミクロンピッチのマスクグレーティングパターンを規定する工程
と、 露光された位相シフト材料をエッチングして、基板材料を露出するステップと
、 該レジスト材料を除去して、該マスクグレーティングパターンに従った、露出
された基板材料の領域と交互になる位相シフト材料の領域を現す工程と、を包含
する、方法。
1. A method for forming a phase mask for use with light of a specific wavelength, comprising: providing a substrate having a phase shift material layer thereon; and coating the phase shift material layer with a resist material. Patterning the resist material using electron beam or ion beam lithography to define a sub-micron pitch mask grating pattern; etching the exposed phase shift material to expose a substrate material; Removing the resist material to reveal regions of phase shift material that alternate with regions of exposed substrate material according to the mask grating pattern.
【請求項2】 前記位相シフト材料層が、前記基板と、位相シフト材料の所
与の領域とを通過する前記特定の波長の光の位相を、露出された基板の隣接する
領域を通過する該特定の波長の光の位相と180度ずらす、請求項1に記載の方
法。
2. The phase-shifting material layer, wherein the phase of the specific wavelength light passing through the substrate and a given region of the phase-shifting material passes through an adjacent region of the exposed substrate. The method according to claim 1, wherein the phase of the light of a specific wavelength is shifted by 180 degrees.
【請求項3】 前記レジスト材料が、多層構造である、請求項1に記載の方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the resist material has a multilayer structure.
【請求項4】 前記マスクグレーティングパターンが、複数のマスクグレー
ティングピッチを含む、請求項1に記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein said mask grating pattern comprises a plurality of mask grating pitches.
【請求項5】 前記複数のマスクグレーティングピッチが、前記位相マスク
の別個の領域にある、請求項4に記載の方法。
5. The method of claim 4, wherein the plurality of mask grating pitches are in discrete regions of the phase mask.
【請求項6】 前記マスクグレーティングパターンが、前記マスクグレーテ
ィングピッチの半分に対応する位相シフトを含む、請求項1に記載の方法。
6. The method of claim 1, wherein said mask grating pattern includes a phase shift corresponding to half of said mask grating pitch.
【請求項7】 前記マスクグレーティングパターンが、連続的に変化するピ
ッチの少なくとも1つのカーブグレーティングパターンまたは少なくとも1つの
グレーティングを含む、請求項1に記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein said mask grating pattern comprises at least one curve grating pattern or at least one grating of continuously varying pitch.
【請求項8】 前記パターニング工程が、サブフィールドおよびフィールド
ステッチングエラーを減らすために、部分照射線量での多数のパスを用いて行わ
れる、請求項1に記載の方法。
8. The method of claim 1, wherein the patterning step is performed using multiple passes at partial doses to reduce subfield and field stitching errors.
【請求項9】 前記エッチング工程が、塩素および酸素を含むガス混合物を
用いて、前記露光された位相シフト材料のサブミクロン異方性反応性イオン(マ
グネトロン増強)エッチングを行う工程を包含する、請求項1に記載の方法。
9. The method of claim 1, wherein the etching step comprises performing a submicron anisotropic reactive ion (magnetron enhanced) etch of the exposed phase shift material using a gas mixture comprising chlorine and oxygen. Item 1. The method according to Item 1.
【請求項10】 前記ガス混合物が、80%〜90%の塩素と、10%〜2
0%の酸素とを含む、請求項9に記載の方法。
10. The gas mixture according to claim 1, wherein said gas mixture comprises from 80% to 90% chlorine and from 10% to 2%.
10. The method of claim 9, comprising 0% oxygen.
【請求項11】 前記レジスト材料がゲルマニウムを含み、 前記パターニング工程が、脱イオン水を用いて自然酸化ゲルマニウムを除去し
、その後に、四フッ化炭素ガスを用いてゲルマニウムの等方性反応性イオンエッ
チングを行う工程を包含する、請求項1に記載の方法。
11. The resist material includes germanium, and the patterning step removes native germanium oxide using deionized water, and then uses carbon tetrafluoride gas to form an isotropic reactive ion of germanium. The method of claim 1, comprising performing an etch.
【請求項12】 前記レジスト材料がシリコンを含み、 前記パターニング工程が、四フッ化炭素ガスを用いてシリコンの等方性反応性
イオンエッチングを行う工程を包含する、請求項1に記載の方法。
12. The method of claim 1, wherein said resist material comprises silicon, and wherein said patterning step comprises performing isotropic reactive ion etching of silicon using carbon tetrafluoride gas.
【請求項13】 前記パターニング工程が、酸素ガスを用いて前記レジスト
材料をエッチングする工程を包含する、請求項1に記載の方法。
13. The method of claim 1, wherein said patterning step comprises etching said resist material using oxygen gas.
【請求項14】 前記サブミクロンピッチが、400nm未満である、請求
項1に記載の方法。
14. The method of claim 1, wherein said sub-micron pitch is less than 400 nm.
【請求項15】 特定の波長の光とともに使用される位相マスクを形成する
方法であって、 基板を設ける工程と、 該基板をレジスト材料でコーティングする工程と、 電子ビームまたはイオンビームリソグラフィを用いて該レジスト材料をパター
ニングし、サブミクロンピッチのマスクグレーティングパターンを規定する工程
と、 該露光された基板を、特定の深さまでエッチングする工程と、 該レジスト材料を除去して、該マスクグレーティングパターンに従った、エッ
チングされていない基板材料の領域と交互になるエッチングされた基板の領域を
現す工程と、を包含し、 該特定の深さが、エッチングされた基板の所与の領域を通過する該特定の波長
の光の位相が、エッチングされていない基板の隣接する領域を通過する該特定の
波長の光の位相と180度ずれるような深さである、方法。
15. A method for forming a phase mask for use with light of a specific wavelength, comprising: providing a substrate; coating the substrate with a resist material; and using electron beam or ion beam lithography. Patterning the resist material to define a sub-micron pitch mask grating pattern; etching the exposed substrate to a specific depth; removing the resist material and following the mask grating pattern Revealing regions of the etched substrate that alternate with regions of the substrate material that have not been etched, wherein the specific depth passes through a given region of the etched substrate. Phase of light at a particular wavelength passes through an adjacent region of the substrate that has not been etched. The depth is 180 degrees out of phase.
【請求項16】 前記レジスト材料が、多層構造である、請求項15に記載
の方法。
16. The method according to claim 15, wherein the resist material has a multilayer structure.
【請求項17】 前記マスクグレーティングパターンが、複数のマスクグレ
ーティングピッチを含む、請求項15に記載の方法。
17. The method of claim 15, wherein said mask grating pattern includes a plurality of mask grating pitches.
【請求項18】 前記複数のマスクグレーティングピッチが、前記位相マス
クの別個の領域にある、請求項17に記載の方法。
18. The method of claim 17, wherein the plurality of mask grating pitches are in discrete regions of the phase mask.
【請求項19】 前記マスクグレーティングパターンが、前記マスクグレー
ティングピッチの半分に対応する位相シフトを含む、請求項15に記載の方法。
19. The method of claim 15, wherein said mask grating pattern includes a phase shift corresponding to half of said mask grating pitch.
【請求項20】 前記マスクグレーティングパターンが、少なくとも1つの
カーブグレーティングパターンを含む、請求項15に記載の方法。
20. The method of claim 15, wherein said mask grating pattern comprises at least one curve grating pattern.
【請求項21】 前記パターニング工程が、サブフィールドおよびフィール
ドステッチングエラーを減らすために、部分照射線量での多数のパスを用いて行
われる、請求項15に記載の方法。
21. The method of claim 15, wherein the patterning step is performed using multiple passes at a partial dose to reduce subfield and field stitching errors.
【請求項22】 前記エッチング工程が、四フッ化炭素およびアルゴンを含
むガス混合物を用いて反応性イオンエッチングを包含する、請求項15に記載の
方法。
22. The method of claim 15, wherein said etching step comprises reactive ion etching using a gas mixture comprising carbon tetrafluoride and argon.
【請求項23】 前記ガス混合物が、95%〜98%の四フッ化炭素および
2%〜5%のアルゴンを含む、請求項15に記載の方法。
23. The method of claim 15, wherein said gas mixture comprises 95% to 98% carbon tetrafluoride and 2% to 5% argon.
【請求項24】 半導体光学装置において所望の装置グレーティング構造を
製造する方法であって、該装置グレーティング構造は、1つ以上の所望のピッチ
値に特徴づけられる特徴を有し、該方法は、 該所望の装置グレーティング構造に対応する特徴であって、1つ以上のピッチ
値に特徴づけられる特徴を有する対応するマスクグレーティング構造を有する位
相マスクを提供する工程を包含し、該マスクグレーティング構造の各ピッチ値は
、該所望の装置グレーティング構造の対応するピッチ値の2倍であり、 該マスクグレーティング構造の特徴は、交互の第1および第2の光学的厚さを
有する交互の領域によって規定され、 該半導体装置の少なくとも部分が形成される基板を設ける工程をさらに包含し
、該基板は、フォトレジスト材料で覆われ、 該基板に近接してまたは接して該位相マスクを堆積させる工程と、 該位相マスクに、特定の波長の垂直に入射する光を照射して、該基板上の該フ
ォトレジストを露光する工程と、をさらに包含し、 該特定の波長は、該位相マスクの該交互の領域の1つを通過する該特定の波長
の光の位相と、該位相マスクの該交互の領域の隣接する領域を通過する光の波長
とが、180度ずれるような波長であり、 該フォトレジストに当たる光が、該マスクグレーティング特徴の対応するピッ
チ値の半分のピッチ値を有する強度分布に特徴づけられ、該強度分布が、該所望
の装置グレーティング構造に対応し、 該フォトレジストを現像する工程と、 該基板をエッチングして、該基板上に該所望の装置グレーティング構造を与え
る工程と、をさらに包含する、方法。
24. A method of fabricating a desired device grating structure in a semiconductor optical device, the device grating structure having features characterized by one or more desired pitch values, the method comprising: Providing a phase mask having a corresponding mask grating structure having features corresponding to the desired device grating structure, the features being characterized by one or more pitch values, wherein each pitch of the mask grating structure is provided. The value is twice the corresponding pitch value of the desired device grating structure, wherein the features of the mask grating structure are defined by alternating regions having alternating first and second optical thicknesses; Providing a substrate on which at least a portion of the semiconductor device is formed, wherein the substrate is covered with a photoresist material. Depositing the phase mask close to or in contact with the substrate; and irradiating the phase mask with vertically incident light of a specific wavelength to expose the photoresist on the substrate. And wherein the particular wavelength comprises a phase of light of the particular wavelength passing through one of the alternating regions of the phase mask and an adjacent region of the alternating region of the phase mask. Wherein the wavelength of the light passing therethrough is such that the wavelength deviates by 180 degrees, and the light impinging on the photoresist is characterized by an intensity distribution having a pitch value that is half of the corresponding pitch value of the mask grating feature; Corresponding to the desired device grating structure, further comprising: developing the photoresist; and etching the substrate to provide the desired device grating structure on the substrate. The, way.
【請求項25】 前記位相マスク特徴が、(a)基板材料上の位相シフト材
料と、(b)位相シフト材料のない該基板材料と、の交互の領域によって規定さ
れる、請求項24に記載の方法。
25. The phase mask feature of claim 24, wherein the phase mask features are defined by alternating regions of (a) a phase shift material on the substrate material and (b) the substrate material without the phase shift material. the method of.
【請求項26】 前記位相マスク特徴が、マスク材料のエッチングされてい
ない領域と交互になる該マスク材料のエッチングされた領域により規定される、
請求項24に記載の方法。
26. The phase mask feature is defined by etched areas of the mask material that alternate with unetched areas of the mask material.
A method according to claim 24.
【請求項27】 前記所望の装置グレーティング構造の各ピッチ値が、20
0nm未満である、請求項24に記載の方法。
27. Each of the desired device grating structures having a pitch value of 20
25. The method of claim 24, wherein the distance is less than 0 nm.
【請求項28】 前記垂直に入射する光が、コヒーレントである、請求項2
4に記載の方法。
28. The light of claim 2, wherein the vertically incident light is coherent.
4. The method according to 4.
【請求項29】 前記垂直に入射する光が、インコヒーレントである、請求
項24に記載の方法。
29. The method of claim 24, wherein the normally incident light is incoherent.
【請求項30】 カーブ面を有するレーザダイオードと組み合わせて、請求
項24に記載の方法によって製造されるカーブグレーティングを含む、高出力不
安定共振器レーザ。
30. A high power unstable resonator laser comprising a curve grating manufactured by the method of claim 24 in combination with a laser diode having a curved surface.
【請求項31】 遠隔光ファイバ内に光を放出するための垂直に集束するレ
ーザであって、レーザダイオードと組み合わせて、請求項24に記載の方法に従
って製造されるカーブグレーティングを含む、レーザ。
31. A vertically focused laser for emitting light into a remote optical fiber, the laser comprising a curve grating manufactured in accordance with the method of claim 24 in combination with a laser diode.
【請求項32】 半導体基板と、該基板上に形成される多層レーザ構造とを
有する半導体レーザダイオードチップを製造する方法において、改良が、プラズ
マ増強CVDプロセスを用いて、低応力で密な低水素含有量の窒化ケイ素層を生
成する工程を包含する、方法。
32. A method of fabricating a semiconductor laser diode chip having a semiconductor substrate and a multilayer laser structure formed on the substrate, wherein the improvement comprises using a plasma enhanced CVD process to reduce the stress and density of the low hydrogen. Producing a silicon nitride layer in a content.
【請求項33】 半導体基板と、該基板上に形成される多層レーザ構造とを
有する半導体レーザダイオードチップを製造する方法において、改良が、絶縁層
として有機シクロテン層を生成する工程を包含する、方法。
33. A method of manufacturing a semiconductor laser diode chip having a semiconductor substrate and a multilayer laser structure formed on the substrate, wherein the improvement comprises the step of forming an organic cyclotene layer as an insulating layer. .
【請求項34】 p−ドープト半導体への確実な金属含有量を確立する方法
であって、 チタン、窒化チタン、白金、および金の層を順次堆積させる工程を包含する、
方法。
34. A method for establishing a reliable metal content in a p-doped semiconductor, comprising sequentially depositing layers of titanium, titanium nitride, platinum, and gold.
Method.
【請求項35】 n−ドープト半導体材料への確実な金属含有量を確立する
方法であって、ニッケル、ゲルマニウム、金、ニッケル、銀、および金の層を順
次堆積させる工程を包含する、方法。
35. A method for establishing a reliable metal content in an n-doped semiconductor material, comprising sequentially depositing layers of nickel, germanium, gold, nickel, silver, and gold.
【請求項36】 n−ドープト半導体材料への確実な金属含有量を確立する
方法であって、ゲルマニウム、金、ニッケル、タングステンシリサイド、チタン
、および金の層を順次堆積させる工程を包含する、方法。
36. A method for establishing a reliable metal content in an n-doped semiconductor material, comprising sequentially depositing layers of germanium, gold, nickel, tungsten silicide, titanium, and gold. .
【請求項37】 少なくとも1つの光透過面を有する半導体レーザの製造に
おいて、低電力広面積アルゴンイオンビームを用いて、または、低エネルギー低
圧電子サイクロトロン共鳴を用いて、該面上の自然酸化物を除去し、連続的な水
素、窒素およびアルゴンプラズマを生成する工程を包含する、改良。
37. In the manufacture of a semiconductor laser having at least one light-transmitting surface, native oxide on said surface is removed using a low-power wide-area argon ion beam or using low-energy low-pressure electron cyclotron resonance. An improvement comprising removing and producing a continuous hydrogen, nitrogen and argon plasma.
【請求項38】 レーザダイオードチップであって、 半導体基板と、 該基板上に形成される多層レーザ構造と、を含み、該レーザ構造は、間にリッ
ジ導波管を規定する第1および第2の間隔があけられたトレンチを有する上面に
より境界が定められ、該リッジ導波管は、光伝搬方向に沿って延び、 該外面上で、該トレンチに近接する場所に形成され、該トレンチによって該リ
ッジ導波管から分離される第1および第2の金属ショルダをさらに含み、該ショ
ルダは、該上面の上に延びて、該リッジ導波管を保護する、レーザダイオードチ
ップ。
38. A laser diode chip, comprising: a semiconductor substrate; and a multilayer laser structure formed on the substrate, wherein the laser structure defines first and second ridge waveguides therebetween. Wherein the ridge waveguide extends along the direction of light propagation and is formed on the outer surface at a location adjacent to the trench, and the ridge waveguide is defined by the trench. A laser diode chip further comprising first and second metal shoulders separated from the ridge waveguide, wherein the shoulder extends over the top surface to protect the ridge waveguide.
【請求項39】 前記レーザ構造が、前記リッジ導波管の下に配置されるグ
レーティングを含み、該グレーティングが前記上面に平行な平面に配置され、前
記光伝搬方向に垂直な方向に延びるグレーティングラインを有する、請求項38
に記載のレーザダイオードチップ。
39. The laser structure includes a grating disposed below the ridge waveguide, wherein the grating is disposed in a plane parallel to the upper surface and extends in a direction perpendicular to the light propagation direction. 39. The method of claim 38, wherein
4. A laser diode chip according to item 1.
【請求項40】 前記レーザグレーティング構造が、グレーティングピッチ
の半分に対応する位相シフト領域を含む、請求項39に記載のレーザダイオード
チップ。
40. The laser diode chip according to claim 39, wherein the laser grating structure includes a phase shift region corresponding to a half of a grating pitch.
【請求項41】 前記基板上に形成される別のレーザ構造をさらに含み、該
別のレーザ構造は、別のリッジ導波管と、該別のリッジ導波管の下に配置される
別のグレーティングと、を含み、該別のグレーティングが、最初に述べたグレー
ティングとは異なるピッチを有する、請求項39に記載のレーザダイオードチッ
プ。
41. Another laser structure formed on said substrate, said another laser structure comprising another ridge waveguide and another ridge waveguide disposed below said another ridge waveguide. 40. The laser diode chip of claim 39, comprising: a grating; and wherein the another grating has a different pitch than the first mentioned grating.
【請求項42】 Ta25(酸化タンタル)およびAl23(酸化アルミニ
ウム)を含むレーザダイオード面のための反射防止コーティング。
42. An anti-reflective coating for a laser diode surface comprising Ta 2 O 5 (tantalum oxide) and Al 2 O 3 (aluminum oxide).
【請求項43】 レーザチップモジュールであって、 ハウジングを含み、該ハウジングは、該ハウジングの外側から該ハウジング内
部に信号を伝達するための複数のピンを有し、 該ハウジングに取り付けられる誘電体基板をさらに含み、該基板は、上面と、
メタライズされた下面とを有し、 該基板の該上面に取り付けられるレーザチップと、 該基板の該上面上の第1および第2の導電信号線と、をさらに含み、該信号線
は、特定の第1および第2の入力ピンから、該レーザチップのそれぞれの場所ま
たは該レーザチップ付近のそれぞれの場所まで延び、 該基板は、該メタライズされた下面に電気的に接続されるメタライズされたバ
イアホールを有するように形成され、該バイアホールは、該信号線の各々が両側
に複数のバイアホールを有し、且つ、該バイアホールの少なくとも幾つかが該信
号線の間に配置されるように、パターンを形成し、 該基板の上に配置され、該バイアホールによって該メタライズされた下面に電
気的に接続される金属構造をさらに含む、レーザチップモジュール。
43. A laser chip module, comprising: a housing, the housing having a plurality of pins for transmitting signals from outside the housing to the inside of the housing, and a dielectric substrate attached to the housing. Further comprising: the substrate having a top surface;
A laser chip having a metallized lower surface, mounted on the upper surface of the substrate, and first and second conductive signal lines on the upper surface of the substrate, wherein the signal line comprises a specific The substrate extends from the first and second input pins to a respective location on or near the laser chip, the substrate having a metallized via hole electrically connected to the metallized lower surface. The via holes are formed such that each of the signal lines has a plurality of via holes on both sides, and at least some of the via holes are disposed between the signal lines. The laser chip module further comprising a metal structure forming a pattern, disposed on the substrate, and electrically connected to the metallized lower surface by the via hole.
【請求項44】 前記伝送線が、一定の幅である、請求項43に記載のレー
ザチップモジュール。
44. The laser chip module according to claim 43, wherein the transmission line has a constant width.
【請求項45】 前記金属構造が、前記基板上のメタライズされたトレース
であって、前記バイアホールに接触するトレースを含む、請求項43に記載のレ
ーザチップモジュール。
45. The laser chip module according to claim 43, wherein said metal structure comprises a metallized trace on said substrate, said trace contacting said via hole.
【請求項46】 前記メタライズされたトレースが、一定の幅である、請求
項44に記載のレーザチップモジュール。
46. The laser chip module according to claim 44, wherein the metallized trace has a constant width.
【請求項47】 前記メタライズされたトレースの少なくとも1つが、テー
パ状である、請求項44に記載のレーザチップモジュール。
47. The laser chip module according to claim 44, wherein at least one of said metallized traces is tapered.
【請求項48】 前記バイアホールのパターンが、前記信号線の各々に沿っ
て分布されるバイアホール対を含み、 前記金属構造が、該信号線の一方側のそれぞれのバイアホールから、信号ホー
ルの他方側のそれぞれのバイアホールまで延びるワイヤアーチを含む、請求項4
3に記載のレーザチップモジュール。
48. The pattern of via holes includes a pair of via holes distributed along each of the signal lines, and wherein the metal structure includes a pair of via holes on one side of the signal lines, wherein 5. A wire arch which extends to each via hole on the other side.
4. The laser chip module according to 3.
【請求項49】 レーザダイオードの数が、8個以上である、請求項43に
記載のレーザチップモジュール。
49. The laser chip module according to claim 43, wherein the number of laser diodes is eight or more.
【請求項50】 ファイバオプティックリンクによって接続されるノードを
含むネットワークであって、少なくとも1つのリンクは、WDM機器を有するノ
ードで終端され、改良において、端末機器が、該WDM機器に光結合され、 複数の波長の独立して変調される光を提供するための多波長リッジレーザダイ
オードアレイチップを有する多波長レーザモジュールを含む、ネットワーク。
50. A network comprising nodes connected by fiber optic links, wherein at least one link is terminated at a node having a WDM device, wherein in an improvement, a terminal device is optically coupled to the WDM device; A network comprising a multi-wavelength laser module having a multi-wavelength ridge laser diode array chip for providing independently modulated light at a plurality of wavelengths.
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